مقاله شبیه سازی دینامیکی واگن با بوژی دو محوره

word قابل ویرایش
16 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

شبیه سازی دینامیکی واگن با بوژی دو محوره

چکیده

در انتخاب یک سیستم مسافرتی، هنگامی که چندین انتخاب موجود باشد، یکی از مهمترین عوامل، راحتی سفر ( Ride (Comfort است. همچنین برای صاحبان کالا، ضریب ایمنی یک سیستم حمل و نقل در حمل کالا، برای انتخاب آن سیستم حائز اهمیت است. یافتن میزانی مناسب برای عوامل ذکر شده، مستلزم شبیه سازی دینامیکی واگن و بوژی است. در این تحقیق، شبیه سازی دینامیکی واگن و بوژی با ۲۱ درجه آزادی توسط نرم افزار MATLAB، انجام شده است. مدل تهیه شده با ارائه مثالهائی برای تعیین بازه مطلوب برای فنرها و کمک فنرها، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج این بررسی و مطالعات مشابه را می توان جهت ارتقاء پروسه های کنترل و مراقبت از ناوگان حمل و نقل ریلی و ارتقاء ایمنی حرکت مورد استفاده

قرار داد.

کلید واژه ها: دینامیک واگن، بوژیهای دو محوره، راحتی سفر، شبیه سازی دینامیکی.

-۱ مقدمه

بوژی یکی از اجزاء مهم واگن به شمار می آید که در واقع بخش متحرک واگن بوده و بدنه واگن از طریق شاسی روی آن قرار می گیرد. بوژی یک سازه مکانیکی است که شامل بدنه، چرخ و محور، سیستم تعلیق و سیستم ترمزی است. بوژیها علاوه بر انتقال وزن واگن به ریل و فراهم نمودن امکان حرکت واگن روی ریل بخش اعظم ارتعاشات و شوکهای وارده از ریل به مجموعـه واگـن را جـذب نمـوده و موجـب عـدم انتقـال ارتعاشات مخرب و مزاحم به بدنه واگن می گردند.

ملزومات عملکرد بوژی به شرح ذیل عبارتند از:
– عدم بروز هانتینگ در مسیر مستقیم
– حرکت مناسب مجموعه چرخها در مسیر منحنی به منظور به حداقل رساندن نیروهای جانبی

– کیفیت سفر قابل قبول برای کاربرد خاص مورد نظر
– به تعادل رساندن بارهای قائم چرخها به طور مناسب
– کم بودن وزن نامعلق به منظور کاهش بارهای دینامیکی روی مسیر.

در راه آهن ایران، تاریخچه استفاده از بوژیهای موجود و مسائل و مشکلات فنی بهره برداری آنها، و نگاهی به آمار بوژیهائی که قبل از طی عمر طراحی از رده کاری خارج گریده اند لزوم بررسی دقیق این سازه حساس و تطابق آن با شرائط خطوط آهن کشور ما را یادآوری می نماید.

در این راستا، بررسیهای دینامیکی یک نمونه واگن مسافری با دو بوژی دو محوره مجهز به سیستمهای تعلیق اولیه و ثانویه موضوع تحقیق قرار گرفته است که برخی نتایج آن ذیلاً ارائه می گردد.

-۲ مدل دینامیکی واگن

مدل دینامیکی انتخاب شده برای واگن مورد نظر با ۷ واحد جرم و ۲۱ درجه آزادی انتخاب شده است.

طرح شماتیک این واگن که در شکل (۱) نشان داده شده است مشخص کننده محل واحدهای جرم، محل نصب فنرها و کمک فنرها است. جرمهای مورد نظر شامل جرم واگن، جرم گهواره و قاب دو بوژی و جرمهای چهار واحد چرخ و محور است که با درجات آزادی مربوط در شکل مشخص شده اند. درجات آزادی جرمهای مربوط به واگن و قاب و گهواره بوژیها شامل نوسانات عمودی و چرخش حول محورهای طولی و عرضی آنها است. چرخ و محورها با امکان نوسانات عمودی و چرخش حول محور طولی در نظر گرفته شده اند.

شکل : (۱ ) مدل دینامیکی یک واگن با بوژیهای دو محوره

در ساختمان این واگن از فنرهای هوائی (Air Spring) در سیستم تعلیق ثانویه آن استفاده شده است. مدل دینامیکی این فنر که در محاسبات از آن استفاده شده است مطابق شکل (۲) میباشد. محاسبات دینامیکی این نوع فنرها مستلزم افزودن گرههائی است که در مجوعه معادلات حرکت ظاهر خواهند شد..

شکل : (۲ ) مدل دینامیکی فنر هوائی

در ساختمان این فنر، محل اتصال فنر داخلی به دمپر در یک گره را تشکیل می دهد که معادلات حرکت خاص آن در ادامه ارائه شده است.

-۳ مدل ریاضی واگن

با توجه به مدل دینامیکی واگن، معادلات حرکت آن نوشته میشوند. برای این منظور نام گذاری جرمها، فنرها و کمک فنرها به شرح ذیل انجام شده است:

واگن جرم شماره ۱، بوژیها به ترتیب ۲ و۳ و محورها از جلو به عقب، از ۴ تا ۷ شماره گذاری شدهاند. در مورد فنرها و کمک فنرها، اندیس اول و دوم نشان دهنده دو جرمی است که فنر یا کمک فنر بین آنها واقع شدهاند. اندیس سوم شماره خود فنر یا کمک فنر در آن ناحیه و اندیس چهارم، که با R یا L نشان داده شده است، مشخص کننده نصب آنها در سمت راست و یا چپ واگن است.

در شکل (۳) نمونه ای از این شماره گذاریها ارائه شده است:

شکل :(۳) نمونه ای از شماره گذاری فنر و دمپرها

تحریکات وارده به محورها و چرخها، به ترتیب از چرخ جلوی سمت راست بوژی جلو، Z1 نامگذاری شده و در چرخ عقب سمت چپ بوژی عقب، به Z8 رسیده است.

با توجه به نحوه نامگذاری، نمونه ای از معادلات حرکت برای برخی واحدهای جرم ذیلاً ارائه میشود.

بدیهی است که معادلات مربوط به سایر جرمها با موقعیتهای مشابه، تنها با تغییر اندیسها با رعایت ترتیب شماره گذاری که در بالا توضیح داده شد، به دست خواهد آمد.

۳-۱ معادلات حرکت واگن

طرح شماتیک واگن و درجات آزادی مربوط به آن در شکل (۴) ارائه شده است. با استفاده از اطلاعات موجود در مرجع [۱-۳] معادلات حرکت نوسانی واگن شامل نوسانات عمودی و چرخش آن حول محورهای طولی و عرضی به شرح ذیل حاصل میشوند.

در عبارات بالا از متغیرهای ذیل استفاده شده است:

۳-۲ – معادلات حرکت بوژی:

طرح شماتیک استفاده شده برای بوژی واگنها در شکل (۵) ارائه شده است. با توجه به این شکل و درجـات آزادی مربوط به گهواره و قاب بوژی معادلات حرکت نوسانی آن به شرح ذیل حاصل می گردد:

۳ – ۳ معادلات حرکت چرخ و محور
معادلات حرکت چرخ و محور بوژیها با قابلیت حرکـات نوسـانی در راسـتای عمـودی و نیـز نوسـان حـو ل محور عرضی بوژی به صورت ذیل ارائه می شوند:

۳-۴ معادلات حرکت محل گره در فنرهای هوائی
نقش فنرهای هوائی در سیستم تعلیق واگن، بـا در نظـر گـرفتن گـره هـائی مطـابق شـکل (۲) منظـور شـده و معادلات نوسانات عمودی آنها به شرح ذیل در مجموعه معادلات حرکت سیستم ظاهر می شوند:

-۴ شبیه سازی و تحلیل مدل

شبیه سازی مدل تهیه شده واگن با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام شده است. بدین منظور معادلات حرکت آن با استفاده از ابزار Simulink به فضای این نرم افزار منتقل شده اند. مدل کامپیوتری تهیه شده با متد گام به گام و با کاستن از تعداد متغیرها جهت تصحیح و تکمیل مرور شده است. بدین ترتیب و پس از حصول اطمینان از صحت مدل تهیه شده میتوان از آن برای مطالعه پاسخ دینامیکی سازه واگن تحت شرائط بارگذاری متفاوت استفاده نمود. برای کسب اطمینان از صحت مدل جابجائی واحدهای جرم موجود در آن بصورت مجزا از سایر اجرام بررسی شده است. برای این هدف کلیه جرمهای سیستم غیر از جرم مورد نظر کاملاً محدود و مقید شدهاند و در نتیجه حرکت آن جرم به صورت ایزوله و تحت اثر تحریکهای مختلف بررسی شده است.

به عنوان مثال، در این مدل بدنه واگن از طریق ۸ فنر به قاب بوژی ها مطابق شکل (۶) متصل شده است.

شکل : (۶ ) مدل دینامیکی واگن با تاکید بر اتصالات آن با بوژیها

حال اگر حرکت ۴ گره مربوط به اثر فنرهای هوائی و حرکت دو بوژی متصل به آنها در تمام درجات آزادی محدود شوند در این صورت بدنه واگن تبدیل به یک واحد جرم میگردد که از طریق ۸ فنر به نقاط

ثابتی متصل شده است. لذا، مدل دینامیکی بدنه واگن به یک سیستم جرم و فنر ساده تبدیل می گردد که دارای ۳ درجه آزادی می باشد. اگر به بدنه این واگن تغییر مکانی مثلاً در جهت محور x اعمال شود این بدنه باید به شکل هارمونیک و بدون زوال به حرکت نوسانی خود ادامه دهد. در نرم افزار MATLAB

برای محدود نمودن حرکات بوژی وارد بخش انتگرال گیری مدل شده و در درون انتگرال گیر و در بخش Limit output حرکت بوژی در کلیه جهات به مقادیر-۰/۰۰۰۰۰۱ محدود شد. با اعمال همین تغییرات در مدل بوژی دوم و نیز در محل ۴ گره، سازه واگن مجزا از سایر اجرام گردید. آنگاه در بخش انتگرال گیر مدل، به بدنه واگن تغییر مکان خطی به اندازه x =0/01 اعمال شد. نتایج بدست آمده برای نوسانات بدنه واگن که بدین روش محاسبه شده اند در شکل (۷) ارائه شده است.

شکل :(۷) نمودار نوسانات بدنه واگن در حالت ایزوله نسبت به سایر جرمها در مدل دینامیکی

همانگونه که مشاهده می شود ارتعاش بدنه واگن به شکل هارمونیک و بدون زوال است که تائید کننده صحت معادلات و مدل کامپیوتری مربوط به بدنه واگن می باشد. آزمون فوق در مورد کلیه جرمها و معادلات ارائه شده در بالا تکرار شد و بدینوسیله صحت عملکرد مدل کامپیوتری مورد تائید قرار گرفت.

با تائید مدل، عملکرد دینامیکی مجموعه واگن تحت شرائط بارگذاری متفاوت باید مورد بررسی قرار گیرد.

برای این منظور، مقادیر متعارف برای ضرائب سختی فنرها k و ضرائب دمپینگ c با استفاده از اطلاعات موجود در مورد بوژیهای رایج در خطوط آهن ایران انتخاب شدند. به جهت سهولت در محاسبات فنرها به صورت خطی و دمپرها با ضرائب ثابت در نظر گرفته شده اند.

بعنوان یک نمونه، آزمون دینامیکی مجموعه واگن با اعمال تحریک پله ای با شدت ۰/۰۱ cm در مدت

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 16 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد