Курсовая Строительная механика
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
МПС РФ
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
Цель работы и решаемые задачи
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.
Объект исследования
Объектом исследования является модель крытого вагона 11-066 с одинарным рессорным подвешиванием.
Таблица 2.1
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 |
Динамическая система и метод расчета
3.1 Допущения по расчетной модели
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.
3.2 Источник возмущений
В качестве источника возмущения принимаем гармоническую неровность первого вида:
,(3.1)
где - частота изменения гармонической неровности:
,(3.2)
- скорость движения вагона.
3.3 Метод расчета и уравнения колебаний системы
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:
(3.5)
3.4 Структура физико-математической модели динамической системы и ее топологическая модель
По видам нагрузок и подконструкций расчетную модель вагона представим в виде отдельных подсистем – блок-моделей.
В общем случае основными подсистемами расчетной модели являются:
Топологическая модель;
Инерционная модель;
Виброзащитная модель;
Диссипативная модель вязкого трения;
Диссипативная модель сухого трения;
Модель возмущающих нагрузок;
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.
Инерционно-топологическая модель вагона
4.1 Характеристика инерционно-топологической подсистемы
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.
4.2 Характеристики инерции
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
4.3 Математическая инерционная модель Математической инерционной моделью кузова с произвольными координатными осями и центрально главными осями являются выражения (4.4, 4.5): (4.4) (4.5)
5.1 Характеристики рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона Таблица 5.1 Параметры пружин рессорного комплекта
Вертикальная жесткость блока двухрядной пружины Жесткость двухрядной пружины равна сумме жесткостей наружной и внутренней однорядных пружин : ,(5.1) где – номер однорядной пружины в блоке многорядной пружины . Жесткости наружной и внутренней пружин определяем по формуле: ,(5.2) где – диаметр прутка; – средний диаметр пружины; – модуль упругости второго рода (Н/м2). Жесткости наружной и внутренней пружин соответственно: ;. Жесткость одной двухрядной пружины равна:
Так как рессорный комплект состоит из 7 двухрядных пружин, то вертикальная жесткость рессорного комплекта составляет: ,(5.3) Поперечная жесткость однорядных пружин Поперечная жесткость пружин определяется по формуле: ,(5.4) где – боковая нагрузка на пружину; – поперечное смещение верхнего узла пружины при защемленных концах пружины: ,(5.5) где - коэффициенты: (5.6) , – полярный и осевой моменты инерции сечения прутка однорядной пружины: (5.7) – диаметр прутка однорядной пружины; – модули упругости первого и второго рода, ( Н/м2 ). – свободная высота пружины; – деформация рессорного комплекта под вертикальной нагрузкой: ,(5.8) - массы тары, тележки, надрессорной балки, груза; – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2; – вертикальная нагрузка на один рессорный комплект, . Деформация рессорного комплекта под вертикальной нагрузкой равна:
Таблица 5.2 Значения коэффициентов и моментов инерции для пружин
Поперечная жесткость наружной и внутренней пружин соответственно:
Поперечная жесткость двухрядной пружины и рессорного комплекта Двухрядная пружина имеет жесткость: (5.9) Жесткость рессорного комплекта равна: (5.10) 5.2 Нагруженность системы силами упругости и реакциями сил упругости Последовательно задаем центру масс кузова перемещения , строим схемы перемещений, находим перемещения упругих связей и по ним – деформации и усилия по направлению координатных осей рессорного комплекта . Для грузового вагона, находящегося на жестком пути, возможными перемещениями являются: q1- перемещения от колебания подергивания; q2- от колебания подпрыгивания; q3- бокового относа: q4- бокового поворота; q5- колебания виляния; q6- колебания галопирования.
Рисунок 5.7 Расчетная схема вагона
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q1
SX=0; r11=4×Pu=4×Cu×du=4×42,95×105=171,8×105(Н);SY=0; r21=0; SZ=0; r31=0;SMx=0; r41=0; SMy=0; r51-Pu1×b1+Pu2×b2-Pu3×b3+Pu4×b4=0; r51=0 (вагон симметричный); SMz=0; r61-4×Pu(s)×hc*=0; r61=4×Pu(s)×hc*=4×42,95×105×2,169=351,1×105(Н×м).
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q2
SX=0; r12=0; SY=0; r22=4×Pv=4×Cv×dv=4×4×106×1=16×106(Н); SZ=0; r32=0; SMx=0; r42=0; SMy=0; r52=0; SMz=0; r62+Pv1×l1+Pv2×l2-Pv3×l3-Pv4×l4=0; r62=0 (вагон симметричный).
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q3
SX=0; r13=0;SY=0; r23=0; SZ=0; r33=4×Pw=4×Cw×dw=4×42,95×105×1=171,8×105(Н); SMx=0; r43-Pw1×hc*-Pw2×hc*-Pw3×hc*-Pw4×hc*=0; r43=4×Pw×hc*=4×42,95×105×2,169=351,1×105(Н×м) SMy=0; r53=0 (вагон симметричный); SMz=0; r63=0.
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q4
dw=W2-W1=-hc×q4-0=2,044×1=2,044(м);
Pw=Cw×dw=-Cw×hc=42,95×105×2,044=87,777×105(Н).
SX=0; r14=0; SY=0; r24+Pv1-Pv2+Pv3-Pv4=0; r24=0 (вагон симметричный); SZ=0; r34+Pw1+Pw2+Pw3+Pw4=0; r34= -4 Pw=4×87,777×105=351,1×105(Н); SMx=0; r44-Pv1×b1-Pv2×b2-Pv3×b3-Pv4×b4-Pw1×hc*-Pw2×hc*-Pw3×hc*-Pw4×hc*=0; r44=4Pv×b+4Pw×hc*=4×4,072×106 1,018+4×87,777×105×2,169=927,3×105(Н×м); SMy=0; r54- Pw1×l1-Pw2×l2-Pw3×l3-Pw4× l4=0; r54=0 (вагон симметричный); SMz=0; r64-Pv1×l1+Pv2×l2+Pv3×l3-Pv4×l4=0; r64=0 (вагон симметричный).
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q5
dv=V2-V1=0; dw1=W2-W1=-l1×q5-0=5(м); dw3=l3×q5-0=5(м).
Pw1=Cw×dw1=-Cw ×l1=42,95×105×5=214,75×105(Н).
SX=0; r15=0;SY=0; r25=0; SZ=0; r35+Pw1+Pw2-Pw3-Pw4=0; r35=0 (вагон симметричный); SMx=0; r45-Pw1×hc*-Pw2×hc*+Pw3×hc*+Pw4×hc*=0; r45=0 (вагон симметричный); SMy=0; r55-Pu1×b1-Pu2×b2-Pu3×b3-Pu4×b4-Pw1×l1-Pw2×l2-Pw3×l3-Pw4× l4=0; r55=4×Pu×b+4×Pw×l=4×43,723×105×1,018+4×214,75×105×5=447,3×106(Н×м); SMz=0; r65+Pu1×hc*-Pu2×hc*+ Pv3×hc*-Pu4×hc*=0; r65=0 (вагон симметричный).
Рисунок 5.7 – Схема нагруженности от q6
dv3=dv4=V2-V1=l3×q6-0=5(м).
Pv=Cv×dv=4×106×5=2×107(Н).
SX=0; r16=4×Cu×hc=4×42,95×105×2,044=351,1×105(Н); SY=0; r26-Pv1-Pv2+Pv3+Pv4=0; r26=0 (вагон симметричный); SZ=0; r36=0; SMx=0; r46+Pv1×b1-Pv2×b2-Pv3×b3+Pv4×b4= 0; r46=0 (вагон симметричный) SMy=0; r56-Pu1×b1+Pu2×b2-Pu3×b3+Pu4×b4=0; r56=0 (вагон симметричный); SMz=0; r66-Pu1×hc*-Pu2×hc*-Pu3×hc* -Pu4×hc* -Pv1×l1-Pv2×l2-Pv3×l3-Pv4×l4=0; r66=4×87,777×105×2,169+4×2×107×5=476,1×106(Н×м). 5.3 Математическая модель виброзащитной системы вагона На кузов вагона действует система реакций сил упругости, обусловленная колебаниями . Реакции в связях по направлению координатных осей от .суммируются, образуя в узле вектор реактивных усилий: (5.12) где – матрица коэффициентов жесткости несимметричного вагона: ,(5.13) – вектор перемещений центра масс кузова вагона.
6.1 Физическая модель нагруженности вагона
Рисунок 6.3 - Схема для расчета перемещения колесных пар Нагруженность характеризуется силами упругости в рессорном подвешивании и реакциями сил упругости в центрах масс тел . Динамическая система получает гармонические возмущения от неровности пути через колесные пары по схеме рисунок 6.1. За начало отсчета принимаем систему координат кузова . Перемещения колес первой тележки по отношению к центру масс кузова имеют опережения, а второй – отставание по фазе, учитываемые углами сдвига фаз : ,(6.1) где – углы сдвига фаз в перемещениях колесных пар: ,(6.2) – амплитуда и длина волны вертикальной неровности пути; – частота вынужденных кинематических возмущений, (6.3) При средней скорости движения вагона получим:
Перемещения буксовых узлов равны перемещениям точек контакта колес с рельсами (рисунок 6.1): (6.4) Из схем перемещений боковых рам находим перемещения нижних опорных поверхностей рессорных комплектов: (6.5) Деформации и силы упругости в виброзащитных связях при значениях перемещений (6.5) составляют: (6.6) (6.7)
Рисунок 6.3 – Расчетная схема для определения возмущающей нагрузки 6.2 Математическая модель внешних возмущающих нагрузок Изначально силы упругости (6.7) в рессорном подвешивании на схемах (рисунок 6.2) положительны. Силы упругости (6.7) вызывают в связях центрально-координатного узла кузова реакции возмущающих нагрузок (рисунок 6.2). Из равновесия кузова вектор кинематических возмущающих нагрузок равен: ,(6.8) где . При значениях сил (6.7) и (6.4) реакции (6.8) принимают значения: (6.9) (6.10) (6.11) В несимметричном вагоне возмущающие усилия вызывают колебания . Поскольку колебания через реакции связаны с , а последние через реакции с (5.12 ), то возникают все колебания кузова . Кузов испытывает сложные вынужденные колебания. В симметричном вагоне при линейные реакции (6.9) не меняются, а угловые – (6.10), (6.11) становятся равными: (6.12) Возмущающие реакции вызовут в системе колебания и . Колебание возникает вследствие взаимосвязи через реакции . Если реакции малы , то будем иметь только два вида колебаний - и . В реакциях возмущения от колесных пар сдвинуты по фазе (), что создает некоторые затруднения в решении задачи. Для упрощения решения сложим составляющие гармонических возмущений в этих реакциях. Сложение выполним графическим способом, используя интерпретацию вращающихся векторов и их проекций на горизонтальную ось .
Рисунок 6.3 – Векторная диаграмма Для сложения функций в реакции (6.9), проведем радиусом, равным амплитуде кинематического возмущения , окружность и в соответствии с углами сдвига фаз , отложим последовательно амплитуды возмущений по колесным парам (рисунок 6.3). Сложим векторы амплитуд , и , в тележках и получаем значения . Выполнив сложение векторов по тележкам, находим эквивалентную амплитуду вектора возмущений для вагона – , которая соответствует колебанию . Из векторной диаграммы определяем: . Проекция вектора на горизонтальную ось дает функцию суммарного возмущения на вагон: (6.13) Эта функция заменяет выражение, стоящее в фигурных скобках (6.9). Значение суммарной возмущающей реакции на вагон теперь равно: (6.14) где – амплитуда возмущающей силы по колебанию подпрыгивания, . Аналогично изложенному производим сложение возмущающих функций в реакции . Знак минус во второй квадратной скобке учитывается изменением направления вектора на обратный. Суммарное значение возмущающей функции по колебанию галопирования равно: ,(6.15) где - амплитуда возмущающей силы по колебанию галопирования. Выводы:
6.3 Математическая модель динамики вагона на рессорах Математической моделью является система дифференциальных уравнений, описывающая колебания вагона в функции времени. Уравнения колебаний получаем из уравнения динамического равновесия реакций в центрально-координатном узле кузова, суммируя реакции по блок-моделям силовых подсистем: инерционной, виброзащитной, внешних возмущений. Для несимметричного вагона, с центрально-главными осями система уравнений колебаний равна: (6.16) Уравнения колебаний системы в матричном представлении:
(6.17)
(6.18) Для симметричного вагона, из-за отсутствия многих побочных реакций, получаем независимые уравнения колебаний: (6.19) и взаимосвязанные уравнения боковых колебаний: (6.20) Уравнения колебаний (6.16 – 6.20) описывают совместные свободные и вынужденные колебания вагона. Рассмотрим динамику свободных и вынужденных колебаний.
7.1 Уравнения свободных колебаний вагона Свободные колебания наблюдаются при прекращении действия возмущающих сил или при изменении силовых характеристик динамической системы. Уравнения свободных колебаний кузова вагона, в системе главных, центрально-координатных осей:
в развернутой форме: ,(7.1) в развернуто-матричной форме: ,(7.2)
(7.3) (7.4) 7.2 Определение частот свободных колебаний Решениями однородных уравнений (7.1 – 7.4) являются тригонометрические функции: (7.5) Или в общем виде: (7.6) Вторые производные являются ускорениями колебаний тела: ,(7.7) где – амплитуда свободных колебаний; - частота свободных колебаний. Подставляя и в уравнения свободных колебаний (7.1 – 7.4), получаем уравнения колебаний в алгебраической форме: ,(7.8) ,(7.9) (7.10) В полученных уравнениях амплитуды колебаний не равны нулю, поскольку система колеблется. Чтобы тождества удовлетворялись, необходимо равенство нулю определителей составленных из коэффициентов при неизвестных амплитудах, то есть:
,(7.11)
(7.12) (7.13) Полученные уравнения (7.11 – 7.13) являются уравнениями частот. Из решения уравнения (7.12), находим частоты свободных колебаний, 1/с:
(7.14)
Раскрывая определитель (7.13), получаем выражение вида (7.15) После преобразования (7.15) приходим к характеристическому уравнению: ,(7.16) где – частотный параметр, . Из уравнения (7.16) корни равны:
7.3 Формы колебаний вагона Частными решениями для симметричного вагона являются функции:
(7.19)
(7.20) Частным решениям (7.19) отвечают формы колебаний подергивания, подпрыгивания, виляния, галопирования. Решениям уравнений (7.20) соответствуют колебания боковой качки I и II рода.
8.1 Резонансные колебания кузова вагона При движении по гармонической неровности пути реактивные усилия в симметричном вагоне вызывают колебания подпрыгивания и галопирования, которые описываются уравнениями (6.19): (8.1) (8.2) Уравнения (8.1) и (8.2) однотипны. Проследим решение одного из уравнений, например, колебания подпрыгивания. Другое будет решаться аналогично первому. Общее решение уравнения (8.1) складывается из частного решения однородного уравнения (без первой части) и частного решения неоднородного уравнения (с правой частью): (8.3) Частное решение отвечает свободным колебаниям системы (рис.8.1,б), а частное решение - вынужденным (рис. 8.1,а). Произвольные постоянные являются амплитудами свободных и вынужденных колебаний. Если подставим частные производные , соответственно в однородное и неоднородные уравнения, то найдем (8.4) Общее решение (8.3) представится теперь в виде: (8.5) Возможны следующие случаи колебаний системы:
Резонансным случаем (режимом) колебаний считают тот, когда различия между частотами составляет не более 15%. Колебания в нерезонансной области При отклонении вагона от положения статического равновесия на величину , вагон совершает гармонические колебания, определяемые первым членом уравнения (8.5). При воздействии на вагон только возмущающих нагрузок вагон совершает гармонические колебания с частотой и амплитудой . Закон колебаний определяется вторым членом уравнения (8.5). В случае воздействия на вагон одновременно начальных возмущений и возмущающих нагрузок движения вагона определяются общим уравнением (8.5). Из-за наличия в системе сил трения, свободные колебания с течением времени затухают и движение системы определяется вторым членом уравнения (8.5). Колебания вагона в резонансном и близким к резонансу режимах Считаем, что частоты возмущений близки к частоте свободных колебаний: (8.6) где – бесконечно малая величина. Динамика вагона определяется законом движения (8.5) с учетом значений параметров (8.4). Произвольные постоянные в решении (8.5) найдем из начальных условий движений системы. Полагаем, в начальный момент движения перемещение и скорость были равны нулю, то есть: (8.7) Из решения системы (8.7) находим: (8.8) Общее решение (8.5) с учетом (8.8) и последующим ее преобразованием через тригонометрические функции половинных углов принимает вид: (8.9) Периоды тригонометрических функций равны: (8.10)
Рисунок 8.1 - График колебаний биения Период , поскольку - бесконечно малая величина. Закон колебаний системы по условию (8.9) показан на рисунке 8.1. Колебания заданного вида называют колебаниями биения. При более близком совпадении частот, в выражении (8.9) можно принять . Тогда закон колебаний подпрыгивания при учете значения (8.8) будет выражен функцией: (8.11) Колебания пропорциональны времени и нарастают с течением времени (рисунок 8.2).
Рисунок 8.2 - График колебаний За время одного цикла колебаний происходит приращение амплитуд колебаний на величину: ,(8.12) Аналогично изложенному можно решить уравнение колебаний галопирования (8.2) и найти параметры колебаний: (8.13) Выводы:
3. Для снижения колебаний необходимо ввести в рессорное подвешивание диссипативные силы: вязкого или сухого трения. 8.2 Определение параметров гасителей колебаний Параметры гасителей сухого трения Необходимые значения сил трения гасителей в первом приближении определим из условия энергетического принципа. Работа сил трения гасителей за один период колебаний должна равняться приращению потенциальной энергии рессорного подвешивания вагона за тот же период: (8.14) где – число гасителей и рессор в вагоне. – работа сил трения и приращение потенциальной энергии в рессорном комплекте при колебании по оси . Работу сил сухого трения фрикционного гасителя найдем по площади гистерезисной петли силовой характеристики гасителя (рис.8.3, а): ,(8.15) а приращение потенциальной энергии – по работе сил упругости (рис. 8.3,б): ,(8.16) где – силы трения при сжатии и растяжении гасителя в среднем положении; – амплитуда деформаций рессор и гасителя; – приращение деформаций рессор за период колебаний; – силы упругости в начале и в конце периода колебания рессорного комплекта: ,(8.17) – вертикальная жесткость рессорного комплекта.
Рисунок 8.3–Работа сил трения Для вагона условие энергетического баланса имеем равное: (8.18) Откуда требуемые значения сил трения, при допущении в виду малости, получаем равным: (8.19) Приращение вертикальных деформаций рессор находим по приращению амплитуд колебаний подпрыгивания и галопирования: (8.20) где - полубаза вагона. Принято силы трения оценивать через удельные характеристики – коэффициенты относительной сил трения при сжатии и растяжении . (8.21) где – сила упругости в рессорном подвешивании от статических нагрузок. (8.22) и тогда выражение (8.19) представим как (8.23) Или (8.24)
где - средняя требуемая величина коэффициента относительного трения гасителя колебаний. Таким же образом можно получить параметр . По колебаниям подпрыгивания и галопирования выбирают наибольшее. Значение принятого коэффициента относительного трения для расчета гасителей колебаний является приближенным и в последующих исследованиях уточняется в динамических системах с сухим трением в рессорном подвешивании. На основании энергетического способа могут быть определены параметры гасителей вязкого трения. Работа сил трения гидравлического гасителя колебаний равна: (8.25) Откуда на основании энергетического принципа: (8.26)
Литература
2. Реферат на тему Олігополія та ринок монополістичної конкуренції 3. Реферат на тему Abortion Kills Essay Research Paper A careful 4. Реферат Проблеми шлюбу 5. Реферат Отчет по практике в Социально-реабилитационный центр для несовершеннолетних 6. Реферат Доказывание и доказательства в гражданском процессе 7. Реферат на тему Scarface Essay Research Paper In 1980 Fidel 8. Реферат на тему Women And Sexism Essay Research Paper 2 9. Курсовая на тему Разработка статических и динамических библиотек на языке программирования СC в операционных 10. Курсовая на тему Фінансовий менеджмент |