ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ЗАДАЧ ПРОДОЛЬНОЙ ДИНАМИКИ ПОЕЗДА

 

Фатьков Э.А. (БГТУ, г. Брянск, РФ)

 

In article the program complex  for problem solving longitudinal dynamics of a train is described. The main possibilities of the program complex and area of its application are described.

 

Уровень развития современной науки о продольной динамике вагона и поезда позволяет с достаточной точностью оценивать нагруженность вагонов и грузов расчетным путем, без привлечения трудоемкого, длительного и дорогостоящего эксперимента. Поскольку продольные нагрузки функционально связаны с условиями эксплуатации вагона (скоростью соударения, массой поезда и т.п.), появляется необходимость в имитационном моделировании, в ходе которого воспроизводятся всевозможные ситуации, возникающие как в существующих, так и при перспективных условиях эксплуатации железнодорожного транспорта. Программный продукт «Train» предназначен для математического моделирования задач продольной динамики поездов.

В пакете реализованы следующие модули:

-       подсистема взаимодействия с базой данных, в которой хранятся все описания математических моделей вагонов, межвагонных связей и расчетных схем;

-       подсистема формирования расчетных схем и задания исходных данных;

-       подсистема решения дифференциальных уравнений и сохранения результатов;

-       подсистема анализа полученных данных. В нее включен элемент управления, делающий возможным работу с графиками.

В качестве исходных данных для пакета «Train» использовалась информационная база для различных элементов моделируемого поезда:

-       вагоны - название, тип, длина, масса, система торможения, число осей и т.д.;

-       локомотивы - серия, длина, масса, система торможения, тяговая характеристика и прочие;

-       связи - коэффициент трения, зависимость коэффициента трения от скорости, усилие подпора и т.д.;

-       силы сопротивления движению.

Моделируемый поезд может состоять из любого числа вагонов и локомотивов, расставленных в любом порядке. При помощи соответствующих интерфейсов для каждого вагона в поезде задаются масса тары, грузоподъемность, зазоры в сцепках, типы поглощающих аппаратов, действующие силы. Когда заданы все входные величины, можно моделировать различные режимы эксплуатации: маневровые соударения, пуск, экстренное, полное, служебное или регулировочное торможение, движение на прямой или уклоне.

Дифференциальные уравнения, описывающие процесс соударения вагонов и движения поезда, имеют вид

,

(1)

где n – число вагонов в расчетной схеме, [m_i] - диагональная матрица масс модели i-ого вагона, - вектор ускорений масс модели i-ого вагона, {F_i} - вектор-функция, описывающая силы в связях между отдельными массами модели вагона и внешние силы, действующие на вагон; {P_i} - вектор-функция, описывающая силы взаимодействия вагонов между собой.

На основе математических моделей аппаратов и вагонов система дифференциальных уравнений (1) дополняется дифференциальными уравнениями для современных аппаратов. Для решения системы существенно нелинейных дифференциальных уравнений использованы численные методы интегрирования. Предусмотрен выбор нескольких методов интегрирования.

Созданная программа представляет собой MDI-приложение и позволяет одновременно работать с несколькими открытыми окнами (рисунок 1).

Рисунок 1 –  Главное окно приложения

 

В качестве основного для просмотра и редактирования содержимого базы данных выступает элемент управления «Таблица», пример которого приведен на рисунке 2. При помощи таблиц пользователь может как выбирать, так и создавать произвольные модели вагонов, локомотивов и межвагонных связей (поглощающих аппаратов).

Рисунок 2 –  Элемент управления «Таблица»

 

Где 1-строка для ввода новой записи в таблицу; 2-текущая запись; 3-поле для редактирования изображений; 4-поле для редактирования текстовых и числовых данных; 5-поле для редактирования кода на языке программирования С; 6-поле, предназначенное только для просмотра, значения в этом поле проставляются автоматически.

Разработанный программный комплекс может быть использован для расчетов динамических процессов при маневровых операциях и переходных режимах движения поезда, исследования устойчивости вагонов от выжимания и движения по переломам профиля пути, определения критериев эффективности и сравнительной оценки различных конструкций поглощающих аппаратов.

 

Литература

1. Блохин Е.П. Манашкин Л.А. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания). - М.: Транспорт, 1982. - 222 с.

2. Бахвалов Н.С. и др. Численные методы: учеб. пособие для вузов / Бахвалов Н.С., Жидков Н.В., Кобельков Г.М.- 3-е изд., доп. и перераб. - М.:Бином. лаб. знаний, 2004.-636 с.

3. Болдырев А.П., Кеглин Б.Г. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава. - М.: Изд-во "Машиностроение -1", 2004. - 199 с.