СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2006 года по МПК G01M17/08 

Предлагаемое изобретение относится к области поточных исследований динамических характеристик движущегося материального объекта и может найти применение на железнодорожном транспорте.

Известны методики оценки динамики кузова подвижного состава на основе использования математических моделей [1]. При этом оказалось возможным решение задачи о построении математической модели движения железнодорожного транспортного средства по частям, например, путем рассмотрения частных задач движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях [2, 3].

Известные математические модели позволяют оценить динамику подвижного состава, однако область их применения ограничена

- сложностью и трудоемкостью математических вычислений;

- необходимостью предварительного определения большого количества коэффициентов уравнений, зачастую являющихся нелинейными;

- погрешностью вычислений, предопределенной принимаемыми упрощениями.

Получить наиболее достоверную оценку динамики железнодорожного подвижного транспортного средства позволяет натурное исследование, которое может быть реализовано благодаря современному уровню развития измерительной и вычислительной техники.

Известна автоматизированная система обнаружения отрицательной динамики (АСООД), предназначенная для выявления вагонов, имеющих повышенные колебания кузова на ходу поезда. Однако возможности использования системы АСООД для оценки динамики железнодорожного подвижного транспортного средства во всем диапазоне изменения характерных параметров его движения ограничены. Это объясняется тем, что она является стационарной, устанавливается на подходе к станции и предназначена для проведения измерений в ограниченном диапазоне изменения скоростей движения транспортного средства (60-80 км/ч).

Известно устройство регистрации ускорений поезда (УРУП-1), предназначенное для измерения линейных перегрузок, действующих на транспортное средство и его части в процессе движения.

К достоинствам устройства следует отнести его конструктивную простоту и надежность в эксплуатации, однако возможности его использования для оценки динамики железнодорожного транспортного средства ограничены

- необходимостью проверки диапазона измерения перегрузок, что требует включения в комплект устройства вибростола эталонной вибрационной установки;

- отсутствием возможности регистрации угловых перемещений и скоростей при вращательном движении кузова транспортного средства относительно координатных осей;

- диапазоном значений регистрируемых перегрузок, превышающих по модулю значение 3 g.

Таким образом, высокая точность объективной оценки динамики железнодорожного подвижного транспортного средства во всем диапазоне изменения измеряемых параметров системой АСООД и устройством УРУП-1 не может быть обеспечена.

Предлагаемое изобретение решает задачу непрерывного измерения динамических характеристик подвижного транспортного средства во всем диапазоне их изменения в процессе движения по шести составляющим этого движения (три поступательных в направлении координатных осей и три вращательных относительно этих осей).

Ниже приводится алгоритм решения одной из частных задач движения, например бокового движения транспортного средства, соответствующий предлагаемому изобретению (суммирование решений частных задач, полученных по аналогичному алгоритму, даст возможность обобщения полной картины поведения динамических характеристик транспортного средства).

Динамика транспортного средства в плоскости поперечного движения определяется значениями ускорений, действующих на него в направлении поперечной оси OY, и угловой скорости его вращения относительно продольной оси ОХ.

Величина перегрузки в поперечном движении, измеренная акселерометром, представлена двумя составляющими:

где n_уотн - линейная перегрузка в поперечном движения кузова относительно тележки (в данной точке транспортного средства суммирует характеристику движения кузова в горизонтальной плоскости: относ и виляние), ед.;

- перегрузка, вызванная вращением кузова относительно оси продольного движения экипажа ОХ (боковая качка), ед.;

- угловое ускорение вращения кузова относительно оси ОХ, с^-2;

L - расстояние по вертикали от оси вращения кузова ОХ до места установки датчика измерений, м;

g=9,81 м/с².

Для количественной оценки динамики поперечного движения используется интегральный критерий (N-критерий) вида

где n_у - перегрузка по оси измерения OY;

S - пройденный путь;

N - сумма абсолютных значений перегрузок за время от t₁ до t₂ или на участке пути от S₁ до S₂.

Для установления связи полученных результатов измерений с характером продольного движения экипажа нормирование N-критерия производится по скорости. Тогда выражение (2) приводится к виду

где V_x - средняя скорость продольного движения транспортного средства за время Δt=t₂-t₁ или на участке ΔS=S₂-S₁.

Для уменьшения зависимости вычислений от погрешностей скоростемеров локомотива вычисление скорости движения производится интегрированием величины перегрузки действующей по продольной оси движения экипажа ОХ.

где n_х - продольная перегрузка по показаниям акселерометра, ед.

Все измерения производятся при одной и той же высоте установки датчиков L.

Оценка боковой динамики осуществляется сравнением полученных значений N для исследуемого произвольного и эталонного участков пути или для совокупности одноименных транспортных средств, эксплуатируемых одновременно на одном и том же участке пути, эталонным среди которых является тот, для которого значение N минимально.

Реализации предложенной методики качественной и количественной оценки боковой динамики электровоза осуществляется с помощью микропроцессорной информационно-измерительной системы, структурная схема которой представлена на чертеже.

Датчик линейных ускорений (ДЛУ) предназначен для измерения величины перегрузок (n_x, n_y, n_z).

Датчик угловой скорости (ДУС) измеряет угловую скорость вращения кузова (ω_x, ω_y, ω_z).

Гировертикаль (ГВ) измеряет углы отклонения от нейтрального положения вертикальной оси транспортного средства в плоскостях продольного (θ) и поперечного (γ) движения (соответственно при галопировании и боковой качке).

Микроконтроллер (МК) осуществляет обработку информации и запись результатов, полученных в соответствии с заданным алгоритмом, в память.

Память данных инструментального компьютера используется для сравнения полученных значений N-критерия с эталонными.

Результаты обработки информации могут быть преобразованы в управляющий сигнал для системы автоматического управления (САУ) движением транспортного средства.

Таким образом, предлагаемый способ исследования динамики железнодорожного подвижного транспортного средства, заключающийся в измерении характеристических параметров динамики объекта наблюдения и в последующей математической обработке результатов измерений, отличается тем, что измеряемые величины кинематических и динамических характеристик движения экипажа представляют в виде массивов мгновенных значений перегрузок, действующих на транспортное средство в направлении координатных осей в данном промежутке времени или на данном участке пути; интегрированием значений перегрузок определяют среднюю скорость движения экипажа, а также нормированный по этой скорости N-критерий, представляющий собой интегральное значение перегрузки для тех же пределов интегрирования; сравнивая значение N-критерия с эталонным для участка пути или транспортного средства, судят о динамических качествах объекта наблюдения.

Технический результат реализации предлагаемого изобретения заключается в возможности оперативной регистрации сравнительных динамических качеств железнодорожного транспортного средства - объекта наблюдения в процессе его движения и, таким образом, обеспечения условия мгновенного реагирования системы автоматического управления движением экипажа на сложившуюся сиюминутную обстановку.

Источники информации

1. Камаев В.А. Оптимизация параметров ходовых частей железнодорожного подвижного состава. «Машиностроение». М., 1989. 216 с.

2. Демченко И.П. Вертикальные и продольные колебания электровоза ВЛ65-1-016 на прямых участках пути. «Электровозостроение». Т.39. Новочеркасск. 1998. С 25-31.

3. Демченко И.П. Боковые колебания электровоза ВЛ65-016 на прямых участках пути.«Электровозостроение» Т.39. Новочеркасск. 1998. С.31-37.

Изобретение относится к области железнодорожного подвижного состава, в частности к способам исследования его динамики. Измеряют величины кинематических и динамических характеристик движения экипажа. Представляют их в виде массивов мгновенных значений перегрузок, действующих в данном промежутке времени или на данном участке пути. Интегрируют значения перегрузок и определяют среднюю скорость движения экипажа и нормированный по ней критерий, представляющий собой интегральное значение перегрузки для тех же пределов интегрирования. Сравнивая полученный критерий с эталонным, судят о динамических качествах объекта наблюдения. Технический результат - оперативная регистрация сравнительных динамических качеств железнодорожного транспортного средства. 1 ил.

Способ исследования динамики железнодорожного подвижного транспортного средства, заключающийся в измерении характеристических параметров динамики объекта наблюдения и в последующей математической обработке результатов измерений, отличающийся тем, что измеряемые величины кинематических и динамических характеристик движения экипажа представляют в виде массивов мгновенных значений перегрузок, действующих на транспортное средство в направлении координатных осей в данном промежутке времени или на данном участке пути, интегрированием значений перегрузок определяют среднюю скорость движения экипажа, а также нормированный по этой скорости N-критерий, представляющий собой интегральное значение перегрузки для тех же пределов интегрирования, сравнивая значение N-критерия с эталонным для участка пути или транспортного средства, судят о динамических качествах объекта наблюдения.