Возможность повышения критической скорости высокоскоростных электропоездов за счет поперечного подрессоривания тяговых двигателей

Введение. На большинстве современных скоростных и высокоскоростных электропоездов применяется тяговый привод класса II с жестким или упругим опиранием электродвигателей на раму тележки. На тележках электропоездов платформы Velaro и на электропоезде ЭВС «Сапсан» оба тяговых двигателя жестко опираются на поддон, который упруго связан с рамой тележки в поперечном направлении посредством четырех листовых рессор. Ввиду малой поперечной жесткости подвески при движении поезда поддон с тяговым электродвигателем совершает поперечные перемещения относительно рамы тележки, обусловленные величиной свободного хода поддона. Данная конструкция проявляет себя как динамический гаситель колебаний в определенном диапазоне частот и способствует повышению критической скорости поезда.

Материалы и методы. Для оценки свойств поперечного подрессоривания тягового электродвигателя на раме тележки проведены амплитудно-частотный анализ и исследование свободных и вынужденных горизонтальных колебаний систем упругого и жесткого подвешивания тягового электродвигателя на раму тележки с определением вероятностных характеристик случайных процессов. Для этих целей разработана имитационная 3D-модель моторного вагона высокоскоростного электропоезда в программном комплексе «Универсальный механизм». В результате численного моделирования были получены реализации стационарных и эргодических случайных процессов.

Результаты. Поперечное подрессоривание тягового электродвигателя придает ему функции динамического гасителя колебаний, положительно сказывается на устойчивости экипажа с высокой скоростью, существенно снижает амплитуду и частоту горизонтальных колебаний рамы тележки, а также рамные силы. Максимальный эффект динамического демпфирования достигается при собственной частоте поперечных колебаний тягового электродвигателя, близкой к частоте поперечных колебаний колесной пары.

Обсуждение и заключение. Эффект динамического демпфирования возможно получить в определенном диапазоне собственной частоты поперечных колебаний тягового электродвигателя, зависящей от параметров контакта колеса и рельса, демпфирования горизонтальных колебаний электродвигателя, необходимого для ограничения резонансных амплитуд колебаний. При этом малая жесткость подвески способствует увеличению поперечных и угловых перемещений тягового электродвигателя. Допустимые поперечные и угловые перемещения необходимо регламентировать в зависимости от характеристик зубчатой муфты и параметров экипажной части в целом на этапе проектирования данной конструкции.

1. Yao Yuan, Zhang Hong-Jun, Luo Shi-Hui. The mechanism of drive system flexible suspension and its application in locomotives. Transport. 2015;30(1):69-79. https://doi.org/10.3846/16484142.2013.785977.

2. Харитонов А. В. Исследование частотных свойств подвешивания тяговых двигателей к раме тележки высокоскоростных электропоездов // Железная дорога: путь в будущее: сб. материалов I Междунар. науч. конф. аспирантов и молодых ученых, Москва, 28–29 апреля 2022 г. М.: Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта, 2022. С. 190–195 EDN: https://www.elibrary.ru/zdwofw.

3. Коренев Б. Г., Резников Л. М. Динамические гасители колебаний: теория и технические приложения. М.: Наука, 1988. 304 с.

4. Механическая часть тягового подвижного состава: учеб. для вузов ж.-д. транспорта / И. В. Бирюков [и др.]; под ред. И. В. Бирюкова. Репр. изд. М.: АльянС, 2013. 440 с.

5. Руководство пользователя Universal Mechanism 9. Моделирование динамики железнодорожных экипажей [Электронный ресурс]. URL: http://www.universalmechanism.com (дата обращения: 20.10.2022)

6. Киселев А. А., Блажко Л. С., Романов А. В. Эквивалентная конусность и ее влияние на движение подвижного состава // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2017. Т. 14, No 2. С. 247–255. EDN: https://www.elibrary.ru/yuakzp.

7. Влияние геометрических параметров железнодорожного пути на величину эквивалентной коничности колесной пары / А. А. Киселев [и др.] // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. Т. 16, No 2. С. 202–211 https://doi.org/10.20295/1815-588X-2019-2-202-211.

8. Гарг В., Дуккипати Р. В. Динамика подвижного состава /пер. с англ. К. Г. Бомштейна; под ред. Н. А. Панькина. М.: Транспорт, 1988. 392 с.

9. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Н. Теория упругости / пер. с англ. М. И. Рейтмана. М.: Наука, 1979. 560 с.

10. Zhai W. Vehicle–Track Coupled Dynamics. Singapore: Science Press and Springer Nature Singapore; 2020. 436 p. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9283-3.

11. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения: учеб. пособие для втузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Академия, 2003. 460 с.

12. Моделирование и обработка стохастических сигналов и структур / О. М. Вохник [и др.]. М.: Университетская книга, 2013. 126 с.

13. Потураев В. Н., Дырда В. И. Резиновые детали машин. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 216 с.

14. Высокоскоростные поезда «Сапсан» В1 и В2: учеб. пособие /под ред. А. В. Ширяева. М.: ОАО «Российские железные дороги», 2013. 522 с.

15. Научное сопровождение развития высокоскоростных магистралей в России / А. Б. Косарев [и др.]; под ред. А. Б. Косарева, О. Н. Назарова. М.: РАС, 2018. 118 с.