Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра “Вагоны”
Курсовой проект
По дисциплине “Строительная механика и динамика вагонов”
Екатеринбург
2001
Содержание
1 Цель работы и решаемые задачи
2 Объект исследования
3 Динамическая система и метод расчета
3.1 Допущения по расчетной модели
3.2 Источник возмущений
3.3 Метод расчета и уравнения колебаний системы
3.4 Структура физико-математической модели динамической системы и ее топологическая модель
4 Инерционно-топологическая модель вагона
4.1 Характеристика инерционно-топологической подсистемы
4.2 Характеристики инерции
4.3 Математическая инерционная модель
5 Виброзащитная модель динамической системы
5.1 Характеристики рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона
5.2 Нагруженность системы силами упругости и реакциями сил упругости
5.3 Математическая модель виброзащитной системы вагона
6 Внешняя нагруженность динамической системы
6.1 Физическая модель нагруженности вагона
6.2 Математическая модель внешних возмущающих нагрузок
6.3 Математическая модель динамики вагона на рессорах
7 Свободные колебания вагона на рессорах
7.1 Уравнения свободных колебаний вагона
7.2 Определение частот свободных колебаний
7.3 Формы колебаний вагона
8 Вынужденные колебания вагона на рессорах
8.1 Резонансные колебания кузова вагона
8.2 Определение параметров гасителей колебаний
Литература
Целью работы является:
- изучение метода расчета динамической системы;
- исследование колебаний вагона на рессорах.
Решаемые задачи:
- определение характеристик расчетных моделей подсистем;
- изучение свободных и вынужденных колебаний;
- определение параметров гасителей рессорного подвешивания вагона.
Объектом исследования является модель крытого вагона 11-066 с одинарным рессорным подвешиванием.
Характеристика задания
№ вар | Тип вагона и его модель | Степень загрузки | Число пружин в рессорном комплекте | Неровность (П,К) | ||
по массе | по объему | амплитуда , мм | длина волны , м | |||
1 | 11-066 | 1 | 1 | 7 | 8 | 12,5 |
Таблица 2.2
Параметры модели кузова и груза
Название элемента | Обозначение параметра | Значение |
Внутренние размеры кузова, мм: – длина; – ширина; – высота по боковой стене | L B H | 13844 2760 2791 |
База модели, мм | 2l | 10000 |
Размеры элементов кузова, мм: – толщина торцевой стены; – толщина боковой стены; – высота рамы. | aT aБ hp | 20 20 360 |
Поперечное расстояние между осями рессорного подвешивания, мм: | 2b | 2036 |
Массы вагона (тары), кг; | MВ | 22000 |
Масса груза, кг; | MГ | 68000 |
Масса тележки, кг; | MТ | 4800 |
Масса надрессорной балки, кг; | MНБ | 600 |
При выборе динамической расчетной модели принимаем следующие допущения:
· динамическую систему представляем в виде системы твердых тел;
· полагаем, что в рессорном подвешивании отсутствуют диссипативные силы сухого и вязкого трения, система вследствие этого будет являться консервативной;
· грузы рассматриваем как твердые тела с жестким присоединением к кузову вагона;
· рессорные комплекты тележек имеют линейную силовую характеристику;
· путь считаем абсолютно жестким.
В качестве источника возмущения принимаем гармоническую неровность первого вида:
,(3.1)где
- частота изменения гармонической неровности: ,(3.2)- скорость движения вагона.
Физическая модель метода расчета
Для расчета системы используем метод реактивных усилий. Колебания кузова в пространстве определяем по движению центра масс кузова
: тремя линейными и тремя угловыми его перемещениями по направлению координатных осей кузова (рисунок 4.1).Движение всех других частей кузова находим по колебаниям
центра масс кузова и координатам этих частей, .Узел
, движение которого будем изучать, условимся называть центрально-координатным узлом.Центрально-координатный узел полагаем имеет внутренние линейные и угловые связи по направлению координатных осей
. Считаем, что все усилия, действующие на рассматриваемое тело, через внутренние элементы-вставки передаются в связи центрально-координатного узла и здесь взаимно уравновешиваются на основании принципа Лангранжа-Деламбера.Усилия, которые подходят к узлу, являются активными. Они вызывают в связях реакции:
- сил инерции, - сил упругости, - сил вязкого трения, - возмущающие силы и другие, равные по величине активным силам и противоположно по направленные, где - номер реакции и номер перемещения.По видам перемещений кузова колебаниям присвоены названия:
- колебание подергивания (линейное по оси ); - колебание подпрыгивания (линейное по оси ); - колебание бокового относа (линейное по оси ); - колебание бокового поворота (угловое вокруг оси ); - колебание виляния (угловое вокруг оси ); - колебание галопирования (угловые вокруг оси ).Уравнения колебаний вагона
Уравнения колебаний вагона в общем случае запишутся из уравнений равновесия реакций в центрально-координатных связях кузова:
(3.3)Для сил инерции и сил упругости с линейными характеристиками значения реакций
будем записывать через коэффициенты от единичных воздействий: (3.4)где
- коэффициенты реакций сил инерции и упругости от единичных возмущений: .Уравнения колебаний (3.3) в этом случае можно представить в развернутой записи как систему уравнений вида:
По видам нагрузок и подконструкций расчетную модель вагона представим в виде отдельных подсистем – блок-моделей.