Моделювання вертикальних коливань поїзда, що виникають під час руху залізничною колією зі стиковою нерівністю

Abstract

Залізничний транспорт багато років залишається одним із основних перевізників вантажів та пасажирів в Україні. Незважаючи не це, більшість поїздів та рейок основних напрямків сполучення знаходяться в незадовільному стані. В умовах бойових дій та подальшого довгого післявоєнного відновлення на перший план виходять питання подовження життя вже існуючому рухомому складу та економії енергоресурсів. Також для збереження конкурентоспроможності поїздів відносно інших видів транспорту гостро стоїть питання підвищення середніх швидкостей руху та комфорту пасажирів на залізниці. Для вирішення цих проблем необхідна розробка комплексних моделей, які би враховували фактори, які суттєво впливають на витрати палива, безпеку та комфорт пасажирів. До таких факторів можна віднести коливання рухомого складу. Роботу присвячено розробці імітаційної моделі вертикальних коливань (підстрибування та галопування) кузова та візків вагона поїзда, які залежать від нерівностей залізничної колії. Розроблена комплексна імітаційна модель руху вагона поїзда перегоном з урахуванням вертикальних коливань кузова вагона та його візків у пакеті MATLAB Simulink дозволяє досліджувати залежність цих коливань від швидкості рухомого складу, параметрів його системи підвішування та нерівностей рейкового шляху під колісними парамине тільки в режимі підтримки заданої швидкості, а й у режимі вибігу та перехідних режимах (розгоні, гальмуванні). Отримана імітаційна модель може бути використана для подальшого проведення на ній досліджень коливальних процесів поїзда на обраних ділянках шляху, для отримання на ній даних для тренування нейронної мережі для раннього визначення резонансних коливань вагона поїзда, а також може бути використана у системах підтримки прий няття рішень (СППР) бортових систем керування рухомого складу поїздів України.

Rail transport has been one of the main carriers f goods and passengers in Ukraine for many years. Despite this, most trains and rails on the main routes are in poor condition. In the context of the ongoing war and the subsequent long post-war recovery, the issues of extending the life of existing rolling stock and saving energy resources are at the forefront. In addition, to maintain the competitiveness of trains relative to other modes of transport, the issue of increasing average speeds and passenger comfort on the railway is crucial. To solve these problems, it is necessary to develop comprehensive models that take into account factors that significantly affect fuel consumption, safety and passenger comfort. Such factors include rolling stock oscillations This paper is devoted to the development of a simulation model of vertical oscillations (bouncing and galloping) of the body and bogies of a train carriage, which depend on unevenness of the railway track. The developed complex simulation model of train car movement on a track, taking into account vertical oscillations of the car body and its bogies in the MATLAB/Simulink package, allows to study the dependence of these oscillations on the speed of the rolling stock, parameters of its suspension system and unevenness of the track under the wheel pairs not only in the mode of maintaining a given speed, but also in the run-up mode and transient modes (acceleration, deceleration). The obtained simulation model can be used to further study the oscillatory processes of a train on selected sections of the track, as well as to obtain data for training a neural network for early detection of resonant vibrations of a train car, and can also be used in decision support systems (DSS) of on-board control systems for rolling stock of Ukrainian trains.