Przykłady wyników symulacji dla różnych profili układu koło- szyna

W podrozdziale tym zostaną przedstawione wyniki uzyskane z badań symulacyjnych ruchu modeli dla par profili układu koło szyna takich jak PST – Ri60n oraz PST – UIC60.

Badany będzie ruch po trasie składającej się z odcinka prostego i łuku o promieniu 100 m przy prędkości równej 30 km/h. Dla pary profili V15 – Ri60n badania takie zostały omówione w podrozdziale 4.4.1.

Celem przeprowadzonych badań symulacyjnych będzie ocena czy profile kół i szyn mają wpływ na dynamikę pojazdu i jaki on jest. Przeprowadzone zostanie porównanie z wynikami uzyskanymi dla profili V15 – Ri60n.

Na rysunkach 4.40 – 4.43 przedstawione są wyniki dla kół o profilach PST natomiast szyny mają profil Ri60n.

Rysunek 4.40 przedstawia porównanie przemieszczeń poprzecznych zestawów kołowych dla wózków z zestawami konwencjonalnymi i typu IRW oraz przemieszczeń poprzecznych środków mas kół wózków z niezależnymi kołami – FIW.

0 90 180 270 360 450

[m]

0 2000 4000

-2000

-4000

-6000

-8000

[N]

SILY POPRZECZNE DZIALAJACE NA LEWE KOLO YL1_KONW YL1_IRW YL1_FIW

88

Rys. 4.40. Profile PST-Ri60n, przemieszczenia poprzeczne środka masy zestawu/kół rozważanych typów modeli pojazdów

Y1_KONW – zestaw konwencjonalny, Y1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami, Y1L_FIW,Y1P_FIW – koła wózka typu FIW

Przemieszczenia poprzeczne w trakcie przejazdu przez łuk są tu znacznie mniejsze niż w przypadku pokazanym na rysunku 4.16. Maksymalne przemieszczenia dla zestawów konwencjonalnych i IRW osiągają wartość niewiele przekraczającą 4 mm. Fakt braku samocentrowania się kół zaobserwowano tu również dla zestawu konwencjonalnego. Można powiedzieć, że zachowanie się zestawów konwencjonalnych i IRW jest „gorsze” niż całkowicie niezależnych kół (FIW). Graniczną wartość przemieszczeń ok. 4 mm można zinterpretować, jako efekt nagłej zmiany parametrów kontaktu (rys. 4.18 i 4.19), a fakt braku powrotu do pozycji centralnej małą wartością ekwiwalentnej stożkowatości koła o profilu PST dla przemieszczeń poprzecznych mniejszych od 4 mm. Jeszcze mniejsze wartości przemieszczeń poprzecznych uzyskano dla wózka z całkowicie niezależnymi kołami.

Wyniosły one ok. 3 mm i 2 mm odpowiednio dla lewego i prawego koła. Zaobserwować można dla tych ostatnich również pewne oscylacje pojawiające się w trakcie wjazdu i wyjazdu z łuku.

Siły działające na prawe – zewnętrzne koło analizowanych zestawów są pokazane na rysunku 4.41.

Rys. 4.41. Porównanie sił poprzecznych działających na prawe – zewnętrzne koło układu YR1_KONW – zestaw konwencjonalny, YR1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami,

YR1_FIW –wózek typu FIW

0 100 200 300 400 500

SILY POPPRZECZNE DZIALAJACE NA PRAWE KOLO

YR1_KONW YR1_IRW YR1_FIW

89

W przypadku zestawu konwencjonalnego maksymalne wartości siły poprzecznej nie uległy zmianie. Nieznaczne zmiany wartości sił zaobserwować można dla modeli zestawów IRW, aczkolwiek w pewnym miejscu w trakcie wjazdu na łuk siła poprzeczna zmieniła znak.

Wartości siły poprzecznej w przypadku kół typu FIW uległy natomiast zmniejszeniu.

Siły działające na lewe – wewnętrzne koło analizowanych zestawów są pokazane na rysunku 4.42.

Rys. 4.42. Porównanie sił poprzecznych działających na lewe – wewnętrzne koło układu YL1_KONW – zestaw konwencjonalny, YL1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami,

YL1_FIW –wózek typu FIW

Obserwowany w przypadku symulacji przeprowadzonej dla profilu V15 skok sił poprzecznych (rys. 4.18) znacznie się zwiększył, ale siła poza pewnym obszarem zachowała swój zwrot tzn. do linii środkowej toru. W przypadku całkowicie niezależnych kół siła zmieniła zwrot podczas przejazdu na całej długości łuku. Można to wytłumaczyć małą stożkowatością profilu PST i niewielkim przemieszczeniem lewego koła od położenia środkowego.

W związku ze skokiem siły poprzecznej zbadany został współczynnik wykolejenia Y/Q.

Porównanie wartości współczynników wykolejenia dla profilu PST pokazane jest na rysunku 4.43.

Rys. 4.43. Porównanie wartości współczynnika wykolejenia dla prawego i lewego koła badanych modeli zestawów

SILY POPRZECZNE DZIALAJACE NA LEWE KOLO YL1_KONW YL1_IRW YL1_FIW

90

Współczynnik wykolejenia osiągnął największą wartość dla zestawu konwencjonalnego na kole zewnętrznym. Należy jednak zaznaczyć, że jest to wartość mniejsza niż traktowana jako zagrożenie wykolejeniem.

Na rysunkach 4.44 – 4.47 pokazane zostaną wyniki dla kół o profilach PST natomiast szyny mają profil UIC60. Analiza geometrii takiej pary profili była pokazana na rysunkach 4.20 – 4.22.

Rys. 4.44. Przemieszczenia poprzeczne środka masy zestawu/kół rozważanych typów modeli pojazdów

Y1_KONW – zestaw konwencjonalny, Y1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami, Y1L_FIW,Y1P_FIW – koła wózka typu FIW

Uzyskane w tym przypadku wyniki istotnie różnią się od wyników pokazanych na rysunku 4.29. Obserwujemy tu brak samocentrowania się wszystkich badanych modeli oraz wzrost dwukrotny przemieszczeń dla kół zestawu FIW. Uzyskane wyniki wskazują na to, że oprócz profili kół na kinematykę zestawu ma również wpływ profil szyny.

Siły działające na prawe – zewnętrzne koło analizowanych zestawów są pokazane na rysunku 4.45.

Rys. 4.45. Porównanie sił poprzecznych działających na prawe – zewnętrzne koło układu YR1_KONW – zestaw konwencjonalny, YR1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami,

YR1_FIW –wózek typu FIW

W porównaniu z wynikami przedstawionymi na rys. 4.41 nie można stwierdzić

SILY POPRZECZNE DZIALAJACE NA PRAWE KOLO YR1_KONW YR1_IRW YR1_FIW

91 pokazane na rys. 4.46.

Rys. 4.46. Porównanie sił poprzecznych działających na lewe – wewnętrzne koło układu YR1_KONW – zestaw konwencjonalny, YR1_IRW – zestaw z niezależnie obracającymi się kołami,

YR1_FIW –wózek typu FIW

W porównaniu do wyników zaprezentowanych na rysunku 4.42 zaobserwować tu można zmianę zachowania się siły poprzecznej działającej na koło układu FIW. Poza chwilą wejścia w łuk siła działająca na lewe koło ma zwrot skierowany do linii środkowej toru.

Wartości współczynnika wykolejenia są pokazane na rysunku 4.47.

Rys. 4.47. Porównanie wartości współczynnika wykolejenia dla prawego i lewego koła badanych modeli zestawów

Podobnie jak w przypadku pokazanym na rysunku 4.43 współczynnik wykolejenia osiągnął największą wartość dla zestawu konwencjonalnego na kole zewnętrznym. Podobnie jak wówczas jest to wartość mniejsza niż traktowana jako zagrożenie wykolejeniem.

W niektórych wynikach symulacji można zauważyć występowanie drgań dla przemieszczeń poprzecznych koła. Podczas projektowania konstrukcji pojazdu z wózkami typu FIW mogą się one pojawić dla pewnych położeń elementów zawieszenia względem środków ciężkości wózka lub też nadwozia. Drganiom tym można zaradzić dobierając wartości sztywności i tłumienia, ale na etapie projektowania najbardziej praktyczne jest właściwe umiejscowienie elementów masowych i zawieszenia, tak aby te drgania nie

0 100 200 300 400 500

[m]

0 2000 4000

-2000

[N]

SILY POPRZECZNE DZIALAJACE NA LEWE KOLO YL1_KONW YL1_IRW YL1_FIW

0 100 200 300 400 500

[m]

0 0,09 0,18 0,27 0,36

[ ]0,45

WSPOLCZYNNIK WYKOLEJENIA Y/Q

YL1_KONW/QL1_KONW YR1_KONW/QR1_KONW YL1_IRW/QL1_IRW YR1_IRW/QR1_IRW YL1_FIW/QL1_FIW YR1_FIW/QR1_FIW

92

występowały. Na rys. 4.48 pokazane są przemieszczenia poprzeczne koła w wózku typu FIW dla przejazdu po łuku o promieniu 100 m z prędkością 30 km/h.

Rys. 4.48. Przemieszczenia poprzeczne lewego koła wózka typu FIW – zjawisko Shimmy Zmieniając składową pionową z wektora 𝑟⃗⃗⃗ ,…, 𝑟₁ ⃗⃗⃗ , (rys. 4.49), czyli położenia tłumików ₄ drugiego stopnia zawieszenia względem środka masy wózka (oraz odpowiednio nadwozia) mogą pojawić się narastające w amplitudzie drgania koła wózka typu FIW.

Rys. 4.49. Schemat rozmieszczenia elementów drugiego stopnia zawieszenia względem środka masy wózka.

Drgania te zaobserwować można, gdy tłumiki znajdują się wysoko nad środkiem ciężkości pojazdu. Ze względu na niekonwencjonalną konstrukcję wózka z niezależnymi kołami, w której większość elementów przenosi się w górną część pojazdu, obniżenie tłumików może stanowić pewną trudność. Dlatego też ważne jest przeprowadzenie symulacji

93

dla różnych wariantów ułożeń tłumików II stopnia oraz dopasowując położenie środka masy.