IX. Symulacje procesów hamowania
XI.2 Wyniki symulacji procesów hamowania zespołami hamulców mechanicznych
IX.2.1 Symulacje procesów hamowania dla maksymalnych wartości opóźnienia
Wartości przyjęte do symulacji zostały dobrane na podstawie przeprowadzonej analizy aktów prawnych (rozdz.II) oraz obliczeń quasi-dynamicznych (rozdz.V).
• Maksymalne zakładane średnie opóźnienie dla procedury
Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%: - 1, 25m2
s
• Prędkość kolei: - 2,12m
136 Mimo że dopuszczalna prędkość kolei wynosi 2, 6m
s , zjawiska dynamiczne zależą głównie od
szybkości jej zmiany, dlatego do symulacji przyjęto prędkość eksploatacyjną (oprócz procedury
Stop Niebezpieczeństwo 50%/0% gdzie zasymulowana prędkość początkowa wynosiła 2, 02m s ).
• Siła hamowania zespołu hamulców ruchowych: - 79, 95kN
Została ona dobrana na podstawie charakterystyki (rys.V.6.) dla momentu hamowania
1, 05kNm obliczonej z równań quasi-dynamicznych (siła została zredukowana na średnicę koła napędowego).
• Siła hamowania zespołu hamulców głównych: - 61, 45kN
Została ona dobrana na podstawie wyznaczonej wcześniej wartości siły pochodzącej od zespołu hamulców HR (rys.V.6.) obliczonej z równań quasi-dynamicznych (siła została zredukowana na średnicę koła napędowego).
a). Symulacje procesów hamowania przy obecnym podejściu pracy hamulców mechanicznych (określenie stanu bazowego)
Uruchamianie zespołów hamulcowych odbywa się poprzez obniżenie ciśnienia w układzie hydraulicznym układu zasilająco-sterującego. Hamulce działają tylko w stanach granicznych (otwarty lub zamknięty – brak stanów pośrednich).
• Procedura SN 100%/0%
Pierwsza grupa symulacji (rys.IX.2-9.) ma na celu określenie maksymalnych wartości parametrów kinematycznych urządzenia oraz oddziaływania dynamicznego na pojazd przy maksymalnych dopuszczalnych wartościach określonych w [86].
Rys.IX.2. Charakterystyka zasymulowanych wartości kąta wychylenia analizowanego pojazdu (kolor czerwony) i przyspieszeń w osi X i Z dla procedury Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%, przy założonym średnim opóźnieniu 1,25 m/s2.
137 Wartość średnia opóźnienia (rys.IX.3.) w symulowanym procesie wynosi 1,248 m/s2. Dane wejściowe (wartości sił hamowania poszczególnych zespołów) stanowił wynik obliczeń równań quasi-dynamicznych. Błąd względny pomiędzy nim a wynikami modelu dynamicznego wynosi 0,16%.
Rys.IX.3. Charakterystyka symulacji prędkości kolei i opóźnień pochodzących od zespołów hamulców mechanicznych – procedura Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%, przy założonym średnim opóźnieniu 1,25 m/s2.
• Procedura Stop Niebezpieczeństwo 50%/0%
Kolejnym procesem symulowanym była procedura Stop-Niebezpieczeństwo dla masy obciążenia pojazdów obniżonej o połowę, przy niezmiennych wartościach sił hamowania. Zasymulowane charakterystyki przyspieszeń i kąta wychylenia zostały przedstawione na (rys.IX.4).
Rys.IX.4. Charakterystyka zasymulowanych wartości kąta wychylenia analizowanego pojazdu (kolor czerwony), przyspieszeń w osi X (kolor niebieski) i Z (kolor zielony) dla procedury Stop Niebezpieczeństwo 50%/0%.
138 Rys.IX.5. Charakterystyka symulacji prędkości kolei (kolor niebieski) i opóźnień (kolor czerwony) pochodzących od zespołów hamulców mechanicznych – procedura Stop Niebezpieczeństwo 50%/0%.
Średnie opóźnienie zasymulowane w modelu dynamicznym wyniosło 1,127 m/s2 (rys.IX.5.). W porównaniu z obliczeniami quasi-dynamicznymi (Tab.V.13) błąd względny pomiędzy tymi wartościami wynosi 4,4%. Spowodowany jest on przyjętą mniejszą prędkością (o 0,1 m/s) początkową do symulacji niż w równaniach quasi-dynamicznych.
Spadek wartości średniego opóźnienia kolei linowej, ma również wpływ na nieznaczny spadek wartości przyspieszeń działających na krzesło (rys.IX.4.).
• Procedura Stop Awaria 100%/0%
Rys.IX.6. Charakterystyka zasymulowanych wartości kąta wychylenia analizowanego pojazdu (kolor czerwony), przyspieszeń w osi X i Z dla procedury Stop Awaria 100%/0%.
139 Rys.IX.7. Charakterystyka symulacji prędkości kolei (kolor niebieski) i opóźnień (kolor czerwony) pochodzących od zespołu hamulców ruchowych – procedura Stop Awaria 100%/0%.
Procedura Stop-Awaria również została zasymulowana dla dwóch stanów obciążenia. Proces symulacji obejmował jedynie działanie zespołu hamulca ruchowego. Czas wyzwolenia procedury hamowania został określony na podstawie badań przemysłowych.
Obliczony błąd względny pomiędzy wartościami średnimi opóźnień modelu dynamicznego (0,902 m/s2) (rys.IX.7.) i równań quasi-dynamicznych (0,90 m/s2) (Tab.V.13) wyniósł 0,6%.
• Procedura Stop Awaria 50%/0%
Ostatnią zasymulowaną procedurą była „Stop-Awaria” dla obniżonej masy pojazdów.
Rys.IX.8. Charakterystyka zasymulowanych wartości kąta wychylenia analizowanego pojazdu (kolor czerwony), przyspieszeń w osi X (kolor niebieski) i Z (kolor zielony) dla procedury Stop Awaria 50%/0%.
140 Zmniejszenie wartości obciążenia powoduje spadek wartości średniego opóźnienia, co przekłada się proporcjonalnie do niwelacji oddziaływań dynamicznych na pojazd kolei linowej (rys.IX.8.).
Rys.IX.9. Charakterystyka symulacji prędkości kolei (kolor niebieski) i opóźnień (kolor czerwony) pochodzących od zespołu hamulców ruchowych – procedura SA 50%/0%.
Porównując wartości opóźnień z symulacji numerycznych (rys.IX.9.) z obliczonymi wartościami z równań quasi-dynamicznych (Tab.V.13), otrzymujemy błąd względny równy 1,3%.
b). Symulacje procesów hamowania dla zwiększania wartości sił hamowania zespołami hamulców mechanicznych
Traktując powyższe wyniki jako bazowe dla poszczególnych procedur, przeprowadzono po kilkanaście symulacji dla każdej z nich, przyjmując kryterium niezmienności średniego opóźnienia urządzenia dla procedury Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%. Jedna z symulacji, jako przykładowa, została przedstawiona na rysunkach (rys.IX.11-12.). W celu zachowania przyjętego założenia przy zmianie charakterystyki siła hamowania musiała zostać odpowiednio zwiększona (rys.IX.10b.):
- siła zespołu hamulców ruchowych do 120%,
- siła zespołu hamulców głównych do 116%,
141
a). b).
Rys IX.10. Charakterystyki zmiany siły hamowania: a). obecnie stosowane rozwiązania – bez stanów pośrednich; b). zasymulowane stany pośrednie regulacji siły hamowania.
Rys.IX.11. Charakterystyka zasymulowanych wartości kąta wychylenia analizowanego pojazdu (kolor czerwony), przyspieszeń w osi X i Z dla procedury Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%, przy zastosowaniu stanów pośrednich siły hamowania(rys.10 b).).
142 Rys.IX.12. Charakterystyka symulacji prędkości kolei i opóźnień pochodzących od zespołu hamulców mechanicznych – procedura Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%, przy zastosowaniu stanów pośrednich siły hamowania(rys.10 b).).
Symulacje zmiany przebiegu sił hamowania poszczególnymi hamulcami mechanicznymi (siła regulowana na rys.IX.13), nie przyniosły zamierzonego efektu, jakim miała być redukcja oddziaływań dynamicznych na pasażerów znajdujących się na krześle(rys.IX.13-15.), przy zachowaniu tej samej wartości czasu hamowania.
Rys.IX.13. Porównanie przyspieszeń działających na pojazd, dla sił hamowania regulowanej i nieregulowanej dla procedury Stop Niebezpieczeństwo 100%/0%.
143 Rys.IX.14. Porównanie kątów wychylenia pojazdów dla sił hamowania regulowanej i nieregulowanej.
Rys.IX.15. Charakterystyka przyspieszeń i prędkości dla siły hamowania regulowanej i nieregulowanej dla procedury SN 100%/0%.
IX.2.2 Symulacje dla maksymalnych wartości określonych przez zastosowane