ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Стр 1 из 6Следующая ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВО УрГУПС)

Кафедра «Вагоны»

МОДЕЛИРОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА РЕССОРНОМ

ПОДВЕШИВАНИИ

Контрольная работа

По дисциплине: математическое моделирование систем и процессов

Проверил: Выполнил:

Лапшин В.Ф. студент гр. ПСт-227

Пологов А.А.

Екатеринбург

2018

ЗАДАНИЕ

на контрольную работу

«Моделирование собственных колебаний кузова подвижного состава на рессорном

подвешивании» по дисциплине «Математическое моделирование систем и процессов»

Выдано студенту _ Пологову Антону Александровичу ______ группа ПСт-227 (3) ______

Тип вагона ___Вагон-цистерна_______________________ Модель _15-1487__________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Жесткость 1-ой пружины рессорного подвешивания С, Н/м	Кол-во пружин в рессорном комплекте, ед.	Масса кузова М_куз, кг	Время интегрирования, с	Масса груза, М_гр, кг	Вид колебаний
6,27х10⁵	5-6-7	Рассчитывается по ТЭП вагона	2,0	14000	Подпрыгивание

*) тележка 18-100, коэффициент вертикальной динамики k_дв=0,26

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструктивные особенности и технические параметры объекта исследования

1.2 Анализ диапазона частот и амплитуд собственных колебаний объекта исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА ВАГОНА НА РЕССОРНОМ ПОДВЕШИВАНИИ

2.1 Выбор и обоснование расчетной схемы

2.2 Разработка математической модели собственных колебаний кузова вагона

3 Выбор метода решения математической модели

3.1 Анализ методов решения ОДУ

3.2 Описание алгоритма выбранного метода решения обыкновенных дифференциальных уравнений

4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА НА РЕССОРНОМ ПОДВЕШИВАНИИ

4.1 Блок-схема алгоритма решения задачи

4.2 Текст программы расчета исследуемых параметров

5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

5.1 Графики собственных колебаний

5.2 Определение параметров, характеризующих колебательный процесс кузова

5.3 Оценка влияния жесткости рессорного подвешивания на параметры колебательного процесса

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Срок сдачи работы не позднее 01.12.2018

Руководитель ________________________ /Лапшин В. Ф

Содержание

Введение. 4

1.ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.. 5

1.1. Конструктивные особенности и технические параметры.. 5

объекта исследования. 5

1.2. Анализ диапазона частот и амплитуд собственных колебаний объекта исследования. 11

2.РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СОБСТВЕНЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА ВАГОНА НА РЕССОРНОМ ПОДВЕШИВАНИИ.. 14

2.1. Выбор и обоснование расчетной схемы.. 14

2.2. Разработка математической модели собственных колебаний кузова. 15

вагона. 15

3.ВЫБОР МЕТОДА РЕШЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.. 18

3.1. Анализ методов решения ОДУ.. 18

3.2. Описание алгоритма выбранного метода решения обыкновенных дифференциальных уравнений. 21

4.РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ КУЗОВА НА РЕССОРНОМ ПОДВЕШИВАНИИ.. 25

4.1. Блок-схема алгоритма решения задач. 25

4.2. Текст программы расчета исследуемых параметров. 26

5.АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.. 29

5.1. Графики собственных колебаний. 29

5.2. Определение параметров, характеризующих колебательный процесс кузова. 30

5.3. Оценка влияния жесткости рессорного подвешивания на параметры колебательного процесса 32

Заключение. 34

Список использованных источников.. 35

Приложение 1. 36

Введение

Современную научно-исследовательскую и инженерную деятельность невозможно представить без внедрения средств вычислительной техники, поэтому математическое моделирование широко применяется при расчетах и исследованиях вагонных конструкций.

Под математическим моделированием понимают процесс создания, отладки и оперирования математической моделью с целью изучения свойств объекта проектирования.

Особая актуальность использования математического моделирования возникает при динамическом исследовании подвижного состава.

При движении вагона в составе поезда возникают различного рода динамические силы, отклонения от положения равновесия, перегрузки. Они являются следствием колебательных процессов, возникающих в рассматриваемой механической системе.

Плавность хода, устойчивость в движении, величины сил, от которых зависит прочность элементов вагона, являются динамическими качествами вагона, которые определяются амплитудой и частотой колебаний системы.

Во время движения вагона может возникнуть явление резонанса, т.е. совпадение собственных частот с вынужденными. Явление резонанса приводит к резкому увеличению амплитуды колебаний, что может вызвать изломы деталей вагона.

В данной контрольной работе на основе разработанной математической модели собственных колебаний кузова вагона на рессорном подвешивании выполнен расчет собственных частот и амплитуд колебаний вагона-цистерны модели 15-1487, кроме того, исследовано влияние жесткости рессорного подвешивания на значение частот и амплитуд колебаний.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Конструктивные особенности и технические параметры

объекта исследования

Четырехосный вагон-цистерна (рисунок 1) грузоподъемностью 71,5 т предназначен для перевозки слабой азотной кислоты.

Рисунок 1 – Вагон-цистерна модели 15-1487

Изготавливается вагон-цистерна в исполнении. У категории размещения 1 ГОСТ 15150-69.

Вагон-цистерна состоит из котла, платформы , включающей раму, ходовые части и автосцепное оборудование (рисунок 2).

Рисунок 2- Общий вид вагона-цистерны модели 15-1487

Котел вагона-цистерны имеет цилиндрическую обечайку, сваренную из продольных листов (нижнего-толщиной 11 мм, боковых и верхних – 9 и 8 мм соответственно), и два эллиптических днища толщиной 11мм). В верхней части котла имеется люк-лаз, герметически закрытой крышкой, из которой установлена арматура и сливноналивная труба. Арматура котла закрыта предохранительным колпаком.

Котел вагон-цистерны, арматура и все элементы, соприкасающиеся с кислотой, изготавливаются из нержавеющих сталей марок 12Х18Н10Т или 08Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72.

Налив и слив вагона-цистерны производится сверху через сливно-наливную трубу. Конструкция обеспечивает герметизированные налив и слив, что повышает безопасность обслуживания. Слив продукта осуществляется методом передавливания, при этом давление в котле до 0,2Мпа достигается путем подачи воздуха или инертного к слабой кислое газа через специальный вентиль.

Полный слив продукта обеспечивается наличием в нижней части котла поддона, в который опущена сливно-наливная труба, и уклоном нижнего листа котла к поддону.

Вагон-цистерна снабжен предохранительным клапаном, отрегулированным избыточное давление 0,2 Мпа(2кг/см).

Рама платформы типовая для четырехосных вагонов-цистерн сварной конструкции, имеет хребтовую, две шкворневые, две концевые и четыре короткие боковые балки.

Хребтовая балка выполнена из двух усиленных зетов № 31. На хребтовой балке крепятся упоры автосцепки, устройства для крепления котла и кронштейны для тормозного оборудования. На шкворневых балках сверху установлены металлические опоры котла.

В средней части котел связан с рамой фасонными лапами, приваренными к нижнем листу котла и соединенными призонными болтами с планками, приваренными к хребтовой балке рамы.

Концевые части котла свободно лежат на деревянных брусках, укрепленных болтами в желобах шкворневых балок рамы. Для предотвращения вертикальных и поперечных перемещений котла предусмотрены однополосные стяжные хомуты, которыми котел крепится к опорам рамы.

Для обеспечения удобства обслуживания имеется наружная двухсторонняя лестница для спуска в котел.

Несущие элементы рамы и другие ответственные детали изготавливаются из низколегированных сталей ГОСТ 19281-73 и ГОСТ 19282-73.

Вагон-цистерна оборудуется пневматическим автоматическим тормозом с воздухораспределитем 483М. Рычажная тормозная передача, позволяющая применять композиционные и чугунные тормозные колодки, оборудована авторегулятором выхода штока поршня тормозного цилиндра. Имеется также ручной стояночный тормоз.

На вагоне-цистерне установлены типовые автосцепки Са-3 с расцепными приводом.

Вагон-цистерна снабжен подножками и поручнями для сцепщиков, а также скобками для сигнальных фонарей.

Для предотвращения попадания слабой азотной кислоты на раму и тормозное оборудование на котле, с обеих сторон имеются предохранительные устройства.

Ходовой частью вагона-цистерны служат две двухосные тележки модели 18-100 с литыми боковыми и надрессорными балками, с центральным рессорным подвешиванием и колесными парами с буксами, оборудованными роликовыми подшипниками.

Технические характеристики указаны в таблице 1.

Таблица 1 – Основные технические характеристики

Параметр	Значение
Ширина колеи, мм	1520
Грузоподъемность, т	71,5
Объем котла,	54,5
Масса вагона(тара), т	21,5
База, мм вагона тележки
	7800
	1850
Длина, мм вагона по осям сцепления автосцепок котла наружная
	12020
	10140
Ширина максимальная, мм	3000
Высота вагона, мм от уровня головок рельсов до оси автосцепок
	4470
	1040-1080
Диаметр котла внутренний, мм	2600
Удельный объем,	0,76
Нагрузка от колесной пары на рельсы брутто, кН(тс)	228 (23,25)
Нагрузка на 1 пог. М пути , брутто , кН/м (тс/м)	75,8(7,7)
Скорость конструкционная, км/ч	120
Габарит по ГОСТ 9328-83	02-ВМ

Основной тип тележки, эксплуатируемой под грузовыми вагонами - двухосная с литыми боковыми рамами типа ЦНИИ-ХЗ (модель 18-100) (ЦНИИ прежнее название ВНИИЖТ, разработавшего данную конструкцию, X - первая буква фамилии автора Ханина, 3 - третий вариант). Данная тележка имеет достаточную прочность и надежность в эксплуатации. До 1972 г. тележку только так и называли - ЦНИИ-ХЗ. Сейчас чаще называют просто по номеру модели 18-100. Тележка состоит из двух колесных пар, четырех букс, двух литых боковых рам , двух комплектов центрального рессорного подвешивания и , литой надрессорной балки и тормозной рычажной передачи (рисунок 3)

Рисунок 3 – тележка модели 18-100

Отличительной особенностью тележки 18-100 является отсутствие в рессорном подвешивании эллиптической рессоры. Для гашения колебаний имеются фрикционные амортизаторы в виде клиньев 2 (см. рисунок 4.), которые размещены в гнездах по концам надрессорной балки и своими вертикальными гранями соприкасаются с фрикционными планками 3, закрепленными на колонках боковин. Угол наклона рабочей поверхности клиньев, сопряженной с надрессорной балкой, составляет 45 градусов.

Рессорный комплект тележки (рисунок 4) состоит из нескольких двухрядных (параллельно работающих) цилиндрических пружин 3 и 2 и двух клиньев 1 фрикционного гасителя колебаний. Внутренние пружины рессорного комплекта устанавливают на постели боковины и фиксируются цилиндрическими выступами; положение наружных пружин определяется буртами. Количество пружин в комплекте разное.

Надрессорная балка тележки 18-100 может перемещаться по отношению к боковинам в поперечном направлении. Боковые перемещения ее амортизируются за счет поперечной упругости пружинных комплектов и сил трения, возникающих в клиновых гасителях колебаний. Величина этих перемещений ограничивается приливами на боковинах.

По простоте конструкции и эксплуатационным качествам тележка типа 18-100 превосходит все известные тележки грузовых вагонов, в связи с чем ей присвоен государственный Знак качества.

Рисунок 4 – Рессорный комплект тележки модели 18-100

Основные технические параметры тележки приведены в таблице 2.

Таблица 2 –Технические характеристики тележки.

Модель	18-100
Масса тележки, кг	4800
Масса надрессорной балки, кг	500
База, мм	1850
Статический прогиб рессорного комплекта, мм	46-50
Скорость конструкционная, км/ч	120
Максимальная осевая нагрузка, кН (тс)	230,3 (23,5)
Гибкость рессорного комплекта, м/МН	1,13-1,232
Колеса цельнокатанные диаметром, мм	950
Тип оси	РУ1; РУ1Ш
Высота опорной поверхности подпятника от головки рельса, мм	801+11-18

В данной главе рассмотрены характеристики подвижного состава, а также охарактеризованы технико-экономические параметры.

1.2. Анализ диапазона частот и амплитуд собственных колебаний объекта исследования

Собственные колебания (свободные колебания)- это колебания колебательной системы, совершаемые только благодаря первоначально сообщенной энергии (потенциальной или кинетической) при отсутствии внешних воздействий.

Виды колебаний кузова вагона:

1.подпрыгивания

2.галопирования

3.подергивания

4.виляния

5.бокового относа

6.боковой качки

В своей работе будем рассматривать колебания подпрыгивания, когда обрессорные части вагона перемещаются вверх и вниз параллельно первоначальному положению.

Определение диапазона параметров в соответствии с заданным индивидуальным заданием необходимо определить для определения амплитуды колебаний

Для нахождения амплитуды колебаний используем формулу 1 :

(1)

где – статический прогиб;

– коэффициент вертикальной динамики.

Коэффициент вертикальной динамики тележки по заданию на контрольную работу

Для нахождения частоты колебаний используем формулу 2 :

, (2)

где – частота колебаний, Гц;

C – жесткость рессорного подвешивания тележки, н/м;

– масса кузова вагона, кг;

Жесткость рессорного подвешивания тележки С находится по формуле 3:

где – жесткость одной пружины, по заданию;

– количество пружин, по заданию;

– количество комплектов в тележке, равно 2.

По заданию на контрольную работу количество пружин: 5,6 и 7 штук. Рассчитаем жесткость рессорного комплекта тележки:

Определение массы кузова :

+2 , (4)

где – масса тары вагона,

– масса тележки,

– масса надрессорной балки;

Зная жесткость рессорного подвешивания можно определить частоту колебаний, которая определяется исходя из формулы (2)

Таблица переводов: 1 кг=н∙ /м, 1Гц=1/с.

Таким образом, выполнив расчет, что колебаний кузова почтового вагона находится в пределах: (4,98; 5,46; 5,9) Гц, а амплитуда колебаний кузова не должна превышать .

Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 886; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!