BEZPIECZEŃSTWO I KOMFORT JAZDY POJAZDU SZYNOWEGO Z

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 94
Transport
2013
Ewa Kardas-Cinal
Wydział Transportu
BEZPIECZEŃSTWO I KOMFORT JAZDY
POJAZDU SZYNOWEGO Z UWZGLĘDNIENIEM
LOSOWYCH NIERÓWNOŚCI GEOMETRYCZNYCH
TORU
Rękopis dostarczono 15.04.2013
Praca dotyczy zagadnień związanych z dynamiką pojazdów szynowych oraz metod ich
badania. Głównym przedmiotem przeprowadzonych badań są właściwości dynamiczne pojazdu szynowego związane z bezpieczeństwem i komfortem jazdy, w szczególności siły
występujące między zestawami kołowymi i torem oraz przyspieszenia nadwozia. Odpowiedzi dynamiczne pojazdu na nierówności toru otrzymano za pomocą symulacji numerycznych, korzystając z modelu matematycznego układu mechanicznego pojazd szynowy – tor.
Zastosowany model uwzględnia stan utrzymania toru opisany przez jego nierówności geometryczne o losowym charakterze. Badania symulacyjne zostały przeprowadzone dla różnych wartości parametrów liniowego zawieszenia pojazdu, profili kół i szyn o różnym stopniu zużycia, szerokiego zakresu prędkości jazdy oraz odcinków toru o różnym stanie
utrzymania. W analizie odpowiedzi dynamicznych układu wykorzystano wskaźniki komfortu jazdy i bezpieczeństwa przeciw wykolejeniu oraz własne metody dostosowane do specyfiki badanych zagadnień. Opracowane metody probabilistyczne wykorzystują matematyczny aparat analizy widmowej i statystycznej do badania związku między nierównościami
geometrycznymi toru jako wymuszeniami kinematycznymi a odpowiedziami dynamicznymi układu, głównie w postaci współczynnika bezpieczeństwa przeciw wykolejeniu Y / Q .
Wykazano, że gęstość widmowa mocy współczynnika Y / Q ma charakterystyczną strukturę, będącą rezultatem wężykowania zestawów kołowych oraz nieliniowości geometrycznych funkcji opisujących kontakt profili kół i szyn. Zastosowanie opracowanej metody statystycznej umożliwiło ustalenie zależności między lokalnymi oscylacjami nierówności toru
o częstotliwości spacjalnej równej częstotliwości wężykowania zestawu kołowego a lokalnym wzrostem współczynnika Y / Q . Zaproponowane metody stanowią innowacyjne narzędzie badawcze w analizie bezpieczeństwa jazdy pojazdu szynowego.
116
Summary
RUNNING SAFETY AND RIDE COMFORT OF RAILWAY VEHICLE
IN THE PRESENCE OF RANDOM GEOMETRICAL TRACK
IRREGULARITIES
Summary
The present work concerns problems related to dynamics of a railway vehicle and the methods of their investigation. The main subject of the reported research is the dynamical properties
of a railway vehicle related to running safety and ride comfort, in particular forces acting between the wheelsets and track, as well as vehicle body accelerations. The dynamic responses to
track irregularities have been obtained with numerical simulations based on a mathematical
model of the railway vehicle − track system. The applied model accounts for the track quality
described by the track geometrical irregularities of random character. The simulation studies
were performed for various values of parameters describing the linear vehicle suspension,
wheel and rail profiles with different degree of wear, wide range of ride velocities, and track
sections of various quality. The dynamic responses are analyzed with chosen criteria used for
assessment of running safety and ride comfort, as well as the methods worked out by the author which are suitable for the specific investigated problems. The developed probabilistic
methods use the mathematical formalism of the spectral and statistical analysis in order to investigate the relation between the track geometrical irregularities acting as kinematic excitations and the resulting dynamic responses, mainly, the derailment coefficient Y / Q . It is
shown that the power spectral density of the coefficient Y / Q has characteristic structure which
is the result of the wheelset hunting and the non-linear geometry of the wheel/rail contact. The
application of the developed statistical method has allowed for the determination of the relation
between local oscillations of track irregularities with the spatial frequency equal to the hunting
frequency and local increase of the coefficient Y / Q . The proposed methods are an innovative
research tool in analysis of running safety of railway vehicles.