В общем случае основными подсистемами расчетной модели являются:
1. Топологическая модель;
2. Инерционная модель;
3. Виброзащитная модель;
4. Диссипативная модель вязкого трения;
5. Диссипативная модель сухого трения;
6. Модель возмущающих нагрузок;
7. Гравитационная модель сил тяжести.
Частную топологическую модель представляем в виде невесомых подконструкций, с соответствующими размерами и связями между ними, массами, силовыми устройствами, центрально-координатными узлами.
Топологическая модель подразделяется на отдельные подсистемы, работающие с заданным видом нагрузок блок-моделей.
Топологическими характеристиками динамической системы являются:
· общие размеры динамической системы;
· геометрические размеры отдельных элементов, узлов, частей, единиц подвижного состава;
· положение центров масс и координатных осей подконструкций.
В качестве частей конструкции в физических моделях выступают: кузов вагона, рамы тележек, колесные пары, рессорные комплекты, подрессоренные грузы и т.п.
В расчетных моделях узлы подконструкций в зависимости от вида их нагрузок будем в дальнейшем называть инерционными, виброзащитными, диссипативными и так далее.
Для определения характеристик инерции разбиваем кузов на узлы инерции: раму, торцевые и боковые стены, крышу, надрессорные балки, груз и указываем размеры частей на схеме (рис 4.1)
Считаем в инерционных элементах (частях кузова) массы распределенными равномерно по их объемам.
Заменяем распределенные массы элементов на сосредоточенные и располагаем их в центрах масс элементов.
Для определения координат центров масс элементов и кузова принимаем начальную систему координат
. Ось направим по оси автосцепки, другие - - по осям симметрии кузова (рисунок 4.1).Координаты центров тяжести элементов в системе координат
заносим в табл. 4.1.Таблица 4.1
Характеристики узлов
M, кг | l, мм | b, мм | h, мм | x, мм | y, мм | z, мм | |
Рама | 7000 | 13870 | 3200 | 360 | 0 | -1367 | 0 |
Тор. стена | 350 | 20 | 2760 | 2791 | 6925 | 118,6 | 0 |
Бок. стена | 1559 | 13870 | 20 | 2791 | 0 | 118,6 | 1590 |
Крыша | 1603 | 13870 | 3200 | 587 | 0 | 1777 | 0 |
Груз | 68000 | 13844 | 2760 | 2791 | 0 | 118,6 | 0 |
Над. Бал. | 600 | 325 | 2590 | 325 | 5000 | -1799 | 0 |
Сумма(М) | 78512 |
Положение центра масс кузова и его главных координатных осей
Положение центра масс кузова определяется координатами
.Из условия равенства суммы моментов инерции элементов по оси
и общего для кузова от возмущений , выражения координат равны: ,(4.1)где
– массы кузова, участвующие в колебаниях по направлению осей : ; – координаты центров масс элементов и груза в начальной системе координат .Рисунок 4.1- Топологическая модель кузова вагона
В центре масс кузова помещаем центрально-координатную систему
. Поскольку оси системы совпадают с осями симметрии кузова, то они будут являться главными осями тела инерции.Находим расстояние от центра масс вагона до уровня верха пружин рессорных комплектов:
мм(4.2)где
– расстояние от оси автосцепки до верха пружин, м.Характеристики инерции определяются ускорениями колебаний
центра масс кузова по направлению координатных осей кузова.Для определения характеристик инерции, в центрах масс элементов
устанавливаем местные координатные оси . При определении коэффициентов инерции задаем последовательно центру масс тела перемещения с ускорением , находим в центрах масс элементов силы инерции и моменты сил инерции и от них реакции сил инерции в центре масс тела (рис. 4.2).Реакции
образуют матрицу коэффициентов инерции . Поскольку оси кузова являются главными и центральными, то побочные реакции равны нулю ( ). Тогда в качестве характеристик инерции будут выступать главные коэффициенты инерции тела .Поскольку оси
параллельны осям координат тела , то от коэффициенты масс и моментов инерции масс кузова будут равны: ,(4.3)где
– коэффициенты инерции масс от линейных ускорений ( ), кг; – коэффициенты инерции масс от угловых ускорений ( ), кг×м2; – моменты инерции масс элементов относительно местных координатных осей , кг×м2; – координаты центров тяжести элементов в системе координат .Таблица 4.2
Моменты инерции масс,
Название элемента | Ix | Iy | Iz |
Рама | 1,91E+10 | 1,182E+11 | 1,313E+11 |
Торцовая стена | 4,54E+08 | 1,701E+10 | 1,701E+10 |
Боковая стена | 4,98E+09 | 2,893E+10 | 2,501E+10 |
Крыша | 6,47E+09 | 2,707E+10 | 3,213E+10 |
Груз | 8,83E+10 | 1,129E+12 | 1,13E+12 |
Надрессорная балка | 2,28E+09 | 1,534E+10 | 1,728E+10 |
Ix общ | Iy общ | Iz общ | |
1,293E+11 | 1,4E+12 | 1,41E+12 |
Математической инерционной моделью кузова с произвольными координатными осями и центрально главными осями являются выражения (4.4, 4.5):
(4.4) (4.5)Параметры пружин рессорного комплекта