Optymalizacja kształtu kolejowych krzywych przejściowych ze szczególnym uwzględnieniem strefy początkowej i końcowej Optimization of the shape of railway transition curves with special emphasis on initial and end area

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 114. Transport. 2016. %0: *+" &

(2) %

(3)

(4)

(5) * %

(6) >

(7) . %.;9+&$+.=TU KOLEJOWYCH /+;0;&<%/+8$?&0;CH ZE SZCZEGÓLNYM UWZGL>(5858./8; %&+.08$]&0EJ =

(8) ! 2016. Streszczenie: Y

(9)

(10)

(11) *

(12)

(13)

(14) x+&~

(15)

(16)

(17)

(18) +& –

(19) ! –

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26) +&F %

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32) F ' (

(33) KP * (

(34) # – i ! –

(35) mniej F

(36)

(37) ! zmodyfikowanie obliczania funkcji celu tak, aby i ! strefy KP

(38) wagi (znaczenie~ ( strefa

(39) F G

(40)

(41)

(42) +&

(43)

(44)

(45)

(46) #

(47)

(48) F !

(49) B *

(50)

(51)

(52) ów szynowych, symulacja. 20.>% %

(53) x+&~

(54)

(55) *

(56) naukowcy tak w Polsce [1], [7] – \*

(57)

(58)

(59) B* * ;F /

(60) £

(61)

(62)

(63)

(64)

(65) +& x F – [9]). %

(66)

(67)

(68)

(69)

(70) +& x ~ ( x\~

(71) ( *

(72)

(73)

(74) !* F

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80) F %

(81)

(82) +& £

(83)

(84)

(85)

(86) –szyna. /

(87)

(88)

(89)

(90) * \* (

(91) +&

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98) # celu –

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105) F Odpowi

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111) +& * ]* \

(112) ]F* F* \F ;;F +

(113) +&

(114)

(115)

(116)

(117) KP – !F.

(118) 440. & %@

(119) * + # ) ! . 2. CEL PRACY Y

(120)

(121) *

(122)

(123)

(124) £ wych optymalnych w skrajnych punktach krzywej –

(125) ! –

(126) stosunkowo niewielki

(127)

(128)

(129)

(130)

(131)

(132) F W niniejszej pracy wykorzys

(133)

(134)

(135) (

(136) +& –

(137) £

(138)

(139)

(140)

(141)

(142)

(143)

(144) £ x;~

(145)

(146)

(147)

(148)

(149)

(150) £ szenia poprzecznego nadwo

(151) xB~F %

(152)

(153)

(154) ( *

(155) £

(156)

(157) F LC. FC1. LC1 ³ | yb |dl. (1). 0. LC. FC 2. LC1 ³ yb dl. (2). 0. gdzie: LC – * yb , y b – przyspieszenie

(158)

(159)

(160)

(161)

(162)

(163) F. %

(164)

(165)

(166)

(167)

(168)

(169)

(170)

(171)

(172) *

(173) £.

(174) F ' (

(175) £ wej * (

(176) # – i ! –

(177) mniej F ( ewentualnej weryfikacji hipotezy jest zmodyfikowanie obliczania funkcji celu tak, aby po i ! strefy krzywej


(179) . W istocie na obec

(180)

(181)

(182) ! +&

(183)

(184) £

(185)

(186)

(187) # x{Y~F. 3. MODEL POJAZDU W wykonanych badaniach wykorzystano model wagonu 2–osiowego z jednym stopniem (

(188)

(189) F

(190)

(191) (

(192)

(193)

(194)

(195)

(196) x~

(197)

(198)

(199)

(200) ( – F "

(201) £

(202)

(203)

(204)

(205)

(206) B–osiowemu wagonowi rzeczywistemu. Model nominalny tego pojazdu przedstawiono na rysunku 1c. Y

(207)

(208) –

(209) F *

(210)

(211)

(212) ;F

(213)

(214) (

(215)

(216) * # ";B:Y £

(217)

(218) # (

(219)

(220) <F G

(221)

(222)

(223) wprowadzana jest do modelu w postaci tzw. tablicy parametrów kontaktowych. Do oblicze

(224)

(225)

(226)

(227)

(228) program FASTSIM autorstwa J.J. Kalkera..

(229) ,

(230)

(231)

(232)

(233) Í 441. Rys. 1. Struktura modelu nominalnego obiektu 2–

(234)

(235) x F \~ a) model pionowy toru, b) model poprzeczny toru, c) wagon. 4. .;%/+;08$%/+8$?&08$%/+;$>.; DO ANALIZY

(236)

(237)

(238)

(239) ! A l4 A l3 · 1 § An l n An 1l n 1 An 2 l n 2 An 3l n 3 ¨¨ n 2 n 3 ..... 42 31 ¸¸ , n 5 n 4 R © l0 l0 l0 l0 l0 l0 ¹. y. k. h. d2y dl 2. An l n 2 An 1l n 3 A3 l 1 º 1ª «n n 1

(240) n 2 n 1

(241) n 2

(242) n 3 ..... 3 2 1 » , R¬ l0 l0 ¼ l0. ª A l1 º A l n 2 A l n 3 A l2 H «n n 1

(243) nn 2 n 1

(244) n 2

(245) n n13 ..... 4 3 42 3 2 31 » , l0 l0 l0 l0 ¼ ¬. (3). (4). (5). ª A l n 3 A l n 4 H «n n 1

(246) n 2

(247) nn 2 n 1

(248) n 2

(249) n 3

(250) n n13 l0 l0 ¬ , (6) A5 l 2 A4 l 1 A3 l 0 º ..... 5 4 3 3 4 3 2 2 3 2 1 1 » l0 l0 l0 ¼ gdzie y, k, h, oraz i

(251) * *

(252)

(253) F R, H, l0 oraz l

(254) ! * £ *

(255)

(256) ( F i. dh dl.

(257) 442. & %@

(258) * + # ) ! . Symbole Ai .

(259)

(260) xi = n, n–1,…., 4, 3), gdzie n jest stopniem

(261) F * (

(262)

(263)

(264) (

(265) ( B* .

(266) ! nmin ostatniego wyrazu w równaniu (3) ( (nmin t 3).. 2&<8.%//05%/+;$>.8 W BADANIACH "

(267)

(268)

(269)

(270)

(271)

(272)

(273)

(274)

(275) 2. "

(276)

(277) F &

(278)

(279)

(280)

(281)

(282) ! x

(283) ~F '

(284)

(285) £

(286)

(287) * llim,

(288) ( *

(289)

(290) (

(291) F

(292)

(293)

(294)

(295)

(296) F '

(297)

(298)

(299)

(300) *

(301)

(302)

(303)

(304) £ ilimF %

(305)

(306)

(307)

(308)

(309) * ( ilim

(310)

(311)

(312) *

(313) £ malizac

(314)

(315) ! F

(316)

(317)

(318)

(319) (i<ilim~*

(320)

(321)

(322)

(323)

(324)

(325)

(326) ! F. Rys. 2. "

(327)

(328)

(329)

(330)

(331)

(332)

(333) optymalizacji.

(334) 443. & %@

(335) * + # ) ! . 2%/+;$>.8.(;(]

(336)

(337) *

(338) (

(339) *

(340) modyfikacja obliczania funkcji celu tak, aby i ! strefy krzywej


(342) F /

(343) * ( (

(344) krzywej * (

(345) # – i ! –

(346) mniej istotny. %

(347) (

(348) #

(349)

(350) p^

(351) F ,

(352)

(353) * ( #

(354)

(355)

(356) (100–2p~^ F %

(357) p równe 1; 5; 10 i 20. Badano KP wielomianowe stopni 5. i 9. +

(358) (

(359)

(360)

(361)

(362)

(363)

(364) F –

(365)

(366)

(367) F =

(368)

(369) ]F \F

(370)

(371) F F +&

(372)

(373)

(374)

(375) * \ nieprzekroczenia

(376)

(377)

(378)

(379)

(380)

(381) fdop,

(382)

(383)

(384)

(385)

(386) (

(387) £ przecznego [dop.

(388)

(389)

(390)

(391)

(392)

(393)

(394) x . ~ +&* £.

(395)

(396)

(397) +& F

(398)

(399) (

(400) £ +&* (

(401) *

(402)

(403) ;F ,

(404)

(405)

(406)

(407)

(408)

(409) v, fdop, adop, [dopF !

(410)

(411) adop=0 m/s2 i 0,6 m/s2 x

(412)

(413)

(414)

(415) ] – 0,72 m/s2 oraz z [6] – 0,85 m/s2), v=24,26 m/s i 30,79 m/s, fdop=56 mm/s, [dop=1 m/s3. %

(416) v pojazdu wybrano nieprzypadkowo [8], [9]: 24,26 m/s –

(417)

(418)

(419)

(420)

(421)

(422) (

(423)

(424)

(425)

(426)

(427) @ – adop=0 m/s2, 30,79 m/s –

(428)

(429)

(430)

(431)

(432) @

(433) ( £ spieszenia poprzecznego adop=0,6 m/s2. ! ( H©;]

(434) ! R© F

(435)

(436) ;

(437)

(438) £

(439)

(440) !F Tabela 1 (!3 '6

(441) 3' 6

(442) "

(443) # ! 5. 9.. !3l0 [m] (v=24,26 m/s) 97,47 142,15. !3l0 [m] (v=30,79 m/s) 123,74 180,46.

(444) 444. & %@

(445) * + # ) ! . 7. 0;5%.;9+&$+.=.7 /+;0;&<%/+8$?&0;&< %

(446)

(447)

(448)

(449)

(450)

(451) £

(452)

(453)

(454) .

(455) *

(456) # * graficznej reprezentacji krzywej i krzywizny,

(457)

(458)

(459)

(460)

(461)

(462)

(463)

(464) £ wych. G

(465)

(466)

(467)

(468)

(469)

(470)

(471)

(472)

(473) * przebiegów dynamicznych – ! !

(474)

(475)

(476)

(477) pojazdu. Y

(478)

(479)

(480)

(481)

(482) !

(483)

(484)

(485) +&

(486)

(487)

(488) B– *

(489)

(490) ( kryteriów FC1 i FC2F +

(491) (

(492)

(493)

(494)

(495)

(496)

(497)

(498)

(499)

(500) zaws

(501)

(502)

(503) @

(504)

(505)

(506)

(507) >& x] ~* +& xl0~ ¥+ x; ~F / *

(508) (

(509) *

(510)

(511)

(512) 5. i 9. W niniejszym rozdziale autorzy przedstawili wyniki tylko trzech optymalizacji: ]F !* FC2, p=1%, l0= 97,47 m, v=24,26 m/s, \F !* FC1, p=5%, l0= 142,15 m, v=24,26 m/s, \F !* FC1, p=20%, l0= 180,46 m, v=30,79 m/s. Na rysunkach 3, 5 i 7 przedstawiono krzy –

(513)

(514)

(515) wspomnianych krzywych. Na rysunkach 4 i 6 przedstawiono przebiegi dynamiczne – przy

(516)

(517)

(518) masy nadwozia badanego modelu pojazdu wykorzystanego w badaniach. We wszystkich badanych przypadkach krzywizny otrzymanych optymalnych krzywych

(519)

(520)

(521)

(522) – !F &

(523)

(524)

(525)

(526)

(527)

(528)

(529)

(530)

(531)

(532) * (

(533)

(534)

(535)

(536)

(537)

(538) F Y

(539)

(540)

(541)

(542) (

(543)

(544) F £.

(545) x F

(546) ~*

(547)

(548)

(549)

(550)

(551)

(552) F

(553) x F ]

(554) ~* (

(555)

(556) £ wizny krzywej wzorcowej (rys. 7a). We wszystkich wykonanych na potrzeby niniejszej pracy optymalizacjach optymalne ]F \F

(557) ³

(558)

(559)

(560) ´

(561)

(562)

(563)

(564)

(565) –

(566)

(567)

(568) – w sto F &

(569)

(570) . ((

(571) z znalezione +&*

(572)

(573) #

(574)

(575) (F i 6..

(576) ,

(577)

(578)

(579)

(580) Í 445. Rys. 3. Y +&

(581) ~ –

(582) * ~

(583)

(584) – ]F !* FC2, p=1%, l0=97,47 m, v=24,26 m/s. Rys. 4. &

(585)

(586) ~

(587) * ~

(588)

(589)

(590)

(591) £ wozia – ]F !* FC2, p=1%, l0=97,47 m, v=24,26 m/s ,

(592)

(593)

(594)

(595)

(596) £ lizacji jest krzywa:. y. l3 l4 l5 1 § ¨¨ - 0,0137125 0,0781394 0,0671177 97,47 1 97,47 2 97,47 3 600 ©. +

(597)

(598)

(599)

(600)

(601)

(602) ;\ xilim=169).. · ¸¸ ¹. (7).

(603) 446. & %@

(604) * + # ) ! . Rys. 5. Y +&

(605) ~ –

(606) * b) pochylenie rampy

(607) – \F !* FC1, p=5%, l0=142,15 m, v=24,26 m/s. Rys. 6. &

(608)

(609) ~

(610) * ~

(611)

(612)

(613)

(614) £ wozia – \F !* FC1, p=5%, l0=142,15 m, v=24,26 m/s ,

(615)

(616)

(617)

(618)

(619) . y. § l9 l8 l7 ¨ - 0,124569 0,560305 0,896517 1 ¨ 142,157 142,15 6 142,15 5 6 3 ¨ 600 l l ¨¨ 0,522177 0,1 4 142,15 142,15 1 ©. · ¸ ¸. ¸ ¸¸ ¹. (8).

(620) ,

(621)

(622)

(623)

(624) Í 447. Rys. 7. Y +&

(625) ~ –

(626) * ~

(627)

(628) – \F !* FC1, p=20%, l0=180,46 m, v=30,79 m/s. 8. WNIOSKI %

(629)

(630)

(631) * ( zmodyfikowanie obliczania funkcji celu tak, aby £ kowe i ! strefy krzywej


(633) nie zli

(634)

(635)

(636)

(637) F ,

(638)

(639)

(640) ]F

(641) \F

(642)

(643)

(644)

(645)

(646) * (

(647)

(648)

(649)

(650)

(651)

(652) @ F

(653) * F

(654) * h

(655)

(656) F %

(657) (* ( #

(658)

(659)

(660)

(661) x;–2p~^ krzywej (p ;¬ ]¬ ; B~F

(662)

(663)

(664)

(665) ! #

(666)

(667)

(668) £

(669) F

(670) ( * (

(671)

(672)

(673) £

(674) ( #

(675)

(676) !

(677) F

(678)

(679) £

(680)

(681) (

(682) \* #

(683)

(684)

(685)

(686)

(687)

(688) F )

(689) #

(690) * (

(691) *

(692)

(693)

(694) (

(695)

(696)

(697) \F*

(698)

(699) (* (

(700)

(701)

(702) F

(703)

(704)

(705)

(706)

(707)

(708)

(709) stopni 9–;;*

(710)

(711)

(712)

(713) F

(714) F.

(715) 448. & %@

(716) * + # ) ! . Bibliografia 1. + %F* =

(717) =F /

(718)

(719)

(720)

(721) F Kolejowe, 11, 1985. 2. Li X., Li M., Bu J., Wang H.: Comparative analysis on the linetype mechanical performances of two railway transition curves. China Railway Sciences, issue 6, 2009. 3. Long X.Y., Wei Q.C., Zheng F.Y.: Dynamical analysis of railway transition curves. Proc. IMechE part F Journal of Rail and Rapid Transit, 224(1), str. 1–14, 2010. 4. PN–EN 12299:2009, Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 2009. 5. =

(722) >

(723)

(724) %

(725)

(726) *

(727) £ .

(728)

(729)

(730)

(731) ;

(732) ;\\ F x F :F \F;];F\~ @ F F 6. > #

(733)

(734) temu „Infrastruktura” transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnych – 2011/275/UE, Komisja Europejska, 2011. 7. ) ! +F* %@

(735) &F ,

(736) #

(737)

(738)

(739) [ #

(740) # [–track dynamical model. Archives of Transport, vol. 22, nr 2, Warszawa 2010. 8. %@

(741) &F +

(742)

(743)

(744)

(745)

(746) £

(747)

(748)

(749) F =

(750)

(751)

(752) * &

(753) %

(754)

(755)

(756) * %

(757) >

(758) * %

(759) £ szawa 2012. 9. ) ! +F G

(760)

(761)

(762)

(763) F %G><* %

(764)

(765)

(766) –Radom 2012. 10. Zhang J.Q., Huang Y.H., Li F.: Influence of transition curves on dynamics performance of railway vehicle. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 10(4), str. 39–44, 2010.. OPTIMIZATION OF THE SHAPE OF RAILWAY TRANSITION CURVES WITH SPECIAL EMPHASIS ON INITIAL AND END AREA Summary: The aim of this article was to clarify, why the curvatures’ bends of optimum railway transition curves (TCs) obtained by the authors at the terminal points of the curve – the beginning and the end – had a relatively small negative impact on vehicle dynamics while running on such curves. In this context the authors put forward the following research hypothesis. Maybe bigger length of the middle zone causes that shape of the terminal zones has become less important. The idea of the research was to modify quality function calculation so that initial and end zones have bigger weights (importance) than the middle zone. At this stage the central part of TC was completely ignored in the quality function calculation. Keywords: railway transition curves, railway vehicles dynamics, simulation.

(767)