Численное моделирование трогания поезда при неполном отпуске тормозов

Введение. При неустановившемся движении поезда возникают резкие перемены величины силы тяги, сопровождающиеся колебательными и иногда ударными относительными движениями вагонов. При этом автосцепки испытывают нагружение, что является одной из причин их обрывов. Цель исследования — определение величин и характера изменения продольно-динамических межвагонных сил, возникающих при трогании поезда с места и трогании в случае невыдержки времени полного отпуска тормозов (при действии тормозных сил в хвостовой части).

Материалы и методы. Для расчета продольных сил, возникающих при трогании поезда с места, применяется численное моделирование. Цифровая многомассовая модель каждого поезда представляет собой систему твердых тел, соединенных упруго-вязкими связями. Разработана упрощенная модель автосцепного устройства, учитывающая жесткость и вязкость поглощающего аппарата, а также зазоры в ударно-тяговых приборах.

Результаты. Выполнены численные эксперименты трех режимов движения: трогания поезда с места; трогания поезда в случае невыдержки времени полного отпуска тормозов последнего вагона (принято, что последний вагон неподвижен); трогания поезда в случае неполного отпуска тормозов в последней трети поезда при действии переменных тормозных сил. В результате моделирования для каждого вида виртуального эксперимента были установлены характер и величина изменения продольных межвагонных сил: при установившемся режиме движения и при переходном, наиболее нагруженном режиме движения.

Обсуждение и заключение. Для рассматриваемых поездов максимальная межвагонная нагрузка при трогании в случае неподвижности последнего вагона превышает в среднем в два раза максимальную межвагонную нагрузку, возникающую при трогании поезда после полного отпуска тормозов. Определено, что неполный отпуск тормозов в последней трети поезда в выбранных условиях увеличивает максимальную продольную нагрузку на 2,22–6,23%.

1. Болдырев А. П., Гуров А. М. Эффективность применения высокоэнергоемких поглощающих аппаратов на грузовых вагонах // Транспорт Российской Федерации. 2014. №3(52). С. 43–44 [Boldyrev A.P., Gurov A.M. Efficiency of using high energy-consumption cushioning devices in freight wagons. Transport of the Russian Federation. 2014;(3):43-44. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/sghmbf.

2. Гребенюк П.Т. Продольная динамика поезда. М.: Интекст, 2003. 95 с. [Grebenyuk P.T. Longitudinal train dynamics. Moscow: Intext Publ.; 2003. 95 p. (In Russ.)].

3. Давыдов Ю.А., Пляскин А.К., Демин П.В. Работа автосцепных устройств локомотивов на перевальных участках // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. №2(38). С. 199–203 [Davydov Yu.A., Plyaskin A.K., Dyomin P.V. Operation of locomotives couplers on the mountain. Modern technologies. System analysis. Modeling. 2013;(2):199-203. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/qclyab.

4. Власов В.В. Рекомендации, предупреждающие обрыв поезда: из блокнота машиниста-инструктора по автотормозам // Локомотив. 2011. №2 (650). С. 27–29 [Vlasov V.V. Recommendations to prevent train breakage. From the notebook of a driver-instructor on auto brakes. Lokomotiv. 2011;(2):27-29. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/nygilr.

5. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / В.В. Коломийченко [и др.]. М.: Транспорт, 1991. 232 с. [Kolomiychenko V.V., Kostina N.A., Prohorenkov V.D., Belyaev V.I. Automatic coupler of railway rolling stock. Moscow: Transport Publ.; 1991. 232 p. (In Russ.)].

6. Сахаров П.А. Оценка влияния параметров силовых характеристик поглощающих аппаратов на силы между вагонами поезда // Известия Транссиба. 2019. №3(39). С. 78–88 [Saharov P.A. Estimation of the influence of damping devices force characteristics on the forces between train cars. Journal of Transsib Railway Studies. 2019;(3):78-88. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/tdkdvq.

7. Шимановский А.О., Сахаров П.А. Влияние зазоров в автосцепных устройствах на продольные силы в межвагонных соединениях однородного поезда // Механика машин, механизмов и материалов. 2019. №2(47). С. 42–50 [Shimanovskiy A.O., Saharov P.A. Effect of gap clearances in automatic coupling devices on longitudinal forces in intercar connections of homogeneous train. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials. 2019;(2):42-50. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/bopipv.

8. Mohammadi S., Serajian R. Effects of the change in autocoupler parameters on in-train longitudinal forces during brake application. Mechanics & Industry. 2015;16(2):205. https://doi.org/10.1051/meca/2014073.

9. Блохин Е. П., Манашкин Л.А. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания). М.: Транспорт, 1982. 222 с. [Blokhin E.P., Manashkin L.A. Train dynamics (non-stationary longitudinal vibrations). Moscow: Transport Publ.; 1982. 222 p. (In Russ.)].

10. Wei W., Zhang Y., Zhang J., Zhao X. Influence of quick release valve on braking performance and coupler force of heavy haul train. Railway Engineering Science. 2023;31:153-161. https://doi.org/10.1007/s40534-022-00301-1.

11. Zhang Y., Wei W., Liu B., Zhang J. The effect of controllable train-tail devices on the longitudinal impulse of the combined trains under initial braking. Railway Engineering Science. 2023;31:172-180. https://doi.org/10.1007/s40534-022-00299-6.

12. Bouchama H. F., Defoort M., Berdjag D., Lauber J. Design of sliding mode observer for the estimation of train car positions and in-train forces. IFAC PapersOnLine. 2021;54(4):98-105. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2021.10.017.

13. Ермоленко И.Ю., Морозов Д.В., Асташков Н.П. Влияние продольных нагрузок на безопасность движения при эксплуатации на горно-перевальных участках пути // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения (Вестник РГУПС). 2021. №2(82). С. 104‒111 [Ermolenko I.Yu., Morozov D.V., Astashkov N.P. Influence of longitudinal loads on traffic safety when operating on mountain passway sections. Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobshcheniya (Vestnik RGUPS). 2021;(2):104-111. (In Russ.)]. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2021_2_104.

14. Языков В.Н. Численное моделирование динамики поезда в режиме реального времени // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. №2. С. 123–126 [Yazykov V.N. Numerical simulation of train dynamics in real time mode. Bulletin of Bryansk state technical university. 2015;(2):123-126 (In Russ.)]. https://doi.org/10.12737/22912.

15. Gao Gj., Chen W., Zhang J., Dong H., Zou X., Li J., et al. Analysis of longitudinal forces of coupler devices in emergency braking process for heavy haul trains. Journal of Central South University. 2017;24(10): 2449-2457. https://doi.org/10.1007/s11771-017-3656-9.

16. Сахаров П.А. Расчетно-экспериментальный метод исследования продольной динамики поезда // Механика. Исследования и инновации. 2020. №13. С. 128–140 [Sakharov P.A. Calculation and experimental method for train longitudinal dynamics research. Mechanics. Researches and Innovations. 2020;(13):128-140. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/cprezo.

17. Шимановский А.О., Сахаров П.А., Коваленко А.В. Моделирование продольной динамики поезда в среде программного комплекса MSC.ADAMS // Актуальные вопросы машиноведения. 2018. Т. 7. С. 75–78 [Shimanovskiy A.O., Sakharov P.A., Kovalenko A.V. Modeling of train longitudinal dynamics in MSC. ADAMS software. Aktual'nyye voprosy mashinovedeniya. 2018;7:75-78. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/vrueef.

18. Ступин Д.А., Беляев В.И. Исследование влияния энергоемкости поглощающих аппаратов на продольные усилия в наливном поезде // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2016. Т. 75, № 3. С. 154–160 [Stupin D.A., Belyaev V.I. Research of influence of energy consumption of draft gears on longitudinal forces in the tank car train. Russian Railway Science Journal. 2016;75(3):154-160. (In Russ.)]. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2016-75-3-154-160.

19. Исследование продольной нагруженности грузовых вагонов, оснащенных фрикционными поглощающими аппаратами нового исполнения, при переходных режимах движения поезда / А. С. Васильев [и др.] // Вестник Брянского государственного технического университета. 2014. №1. С. 12–17 [Vasiliev A. S., Boldyrev A.P., Keglin B. G., Gurov A.M. Research of freight cars longitudinal loading equipped new frictional absorbing devices. Bulletin of Bryansk state technical university. 2014;(1):12-17. (In Russ.)]. https://doi.org/10.12737/23366.