2 Виды колебаний кузова вагона. Основные формы колебаний. Расчет собственных частот колебаний вагона

На колебательный процесс кузова влияют следующие параметры:

- масса кузова вагона;

- масса груза;

- гибкость;

- декремент затухания амплитуды колебания (Декремент затухания – характеристика быстроты затухания колебаний: d = ln(A1/A2), где А1 и А2 - амплитуды двух колебаний, следующих друг за другом в одну и ту же сторону).

Масса кузова влияет на грузоподъемность, то есть обеспечивает пропускную способность железных дорог. Так же при увеличении массы кузова вагона частота колебаний уменьшается, а амплитуда увеличивается и наоборот.

Масса груза является необходимым параметром для определения начальных условий. В дальнейшем на колебательный процесс масса груза не влияет, так как по условию происходит снятие нагрузки.

Система рессорного подвешивания – является одним из главных параметров, влияющих на колебательный процесс кузова вагона. Она должна обеспечивать необходимую плавность хода, динамическую устойчивость вагона при движении со скоростями, достигающими конструкционной по техническому заданию. Это достигается благодаря рациональным параметрам рессорного подвешивания, основным из которых являются статический прогиб и его распределение по ступеням подвешивания; конструктивный запас прогиба и коэффициент распределения (трения) демпферов. В целях обеспечения необходимых качеств хода вагона определяют параметры упругих элементов и гасителей колебаний, а также прочностные характеристики элементов рессорного подвешивания с целью обеспечения надежной их работы в эксплуатации.

Жесткость характеризует упругие элементы подвешивания, жесткость с упругого элемента численно равна силе, вызывающей единичный его прогиб.

Гибкость – обратная величина жесткости, численно равная прогибу упругого элемента под действием единичной силы.

При изучении колебаний кузова вагона он рассматривается в пространственной системе координат (рис. 2, а) как твердое тело. Под влиянием действующих на вагон сил могут возникать следующие виды главных колебаний.

Рисунок 2 – Главные виды колебаний

Подпрыгивание, когда обрессоренные части вагона перемещаются вверх и вниз параллельно первоначальному положению по оси z–z на величину ±z (рис. 2, б), возникает под действием вертикальных динамических сил, вызывающих одинаковые ускорения по концам кузова.

Продольная качка или галопирование – обрессоренные части вагона совершают вращательное движение относительно оси у–у на некоторый угол ±θ (рис. 2, в) – возникает от ударов колес на стыках, наличия выбоин на одной колесной паре или от неуравновешенности кузова. Галопирование вагона обычно возникает одновременно с подпрыгиванием.

Колебания поперечного относа – кузов и тележка вагона перемещаются вдоль оси у–у . Этот вид колебаний возникает совместно с колебаниями боковой качки под действием горизонтальных боковых сил, параллельных оси.

Виляние, когда кузов вращается вокруг вертикальной оси на некоторый угол ±ψ (рис. 2, е), вызывается коничностью поверхности катания колес, неправильной установкой колесных пар, неодинаковой величиной диаметра колес, извилистостью пути.

Подергивание (рис. 2, ж) – перемещение вагона вдоль оси х–х. Оно появляется при трогании поезда с места, торможении вследствие неуравновешенности поступательно движущихся масс локомотива.

Названные колебания могут проявляться отдельно и совместно с другими видами, поэтому вагон совершает сложное движение. Зная причины появления колебаний и их характер, можно определить условия устойчивого и безопасного движения вагона, подобрать рациональные параметры его рессорного подвешивания и поглощающих аппаратов автосцепного устройства. К динамическим характеристикам вагона относятся периоды различных видов колебаний, коэффициенты динамики и критические скорости. В динамике вагонов различают собственные колебания, которые происходят от начального толчка без воздействия в дальнейшем на надрессорное строение каких-либо внешних сил, и вынужденные колебания, возникающие под влиянием периодически меняющейся силы, которую обычно называют возмущающей.

Для исследования кузова вагона на рессорах следует ввести допущения, которые определяют методы получения математической модели:

- кузов вагона считают абсолютно твердым телом ввиду большой жесткости кузова по сравнению с жесткостью рессор;