Строительная механика (стр. 2 из 7)

В общем случае основными подсистемами расчетной модели являются:

1. Топологическая модель;

2. Инерционная модель;

3. Виброзащитная модель;

4. Диссипативная модель вязкого трения;

5. Диссипативная модель сухого трения;

6. Модель возмущающих нагрузок;

7. Гравитационная модель сил тяжести.

Частную топологическую модель представляем в виде невесомых подконструкций, с соответствующими размерами и связями между ними, массами, силовыми устройствами, центрально-координатными узлами.

Топологическая модель подразделяется на отдельные подсистемы, работающие с заданным видом нагрузок блок-моделей.

Топологическими характеристиками динамической системы являются:

· общие размеры динамической системы;

· геометрические размеры отдельных элементов, узлов, частей, единиц подвижного состава;

· положение центров масс и координатных осей подконструкций.

В качестве частей конструкции в физических моделях выступают: кузов вагона, рамы тележек, колесные пары, рессорные комплекты, подрессоренные грузы и т.п.

В расчетных моделях узлы подконструкций в зависимости от вида их нагрузок будем в дальнейшем называть инерционными, виброзащитными, диссипативными и так далее.

4 Инерционно-топологическая модель вагона

4.1 Характеристика инерционно-топологической подсистемы

Для определения характеристик инерции разбиваем кузов на узлы инерции: раму, торцевые и боковые стены, крышу, надрессорные балки, груз и указываем размеры частей на схеме (рис 4.1)

Считаем в инерционных элементах (частях кузова) массы распределенными равномерно по их объемам.

Заменяем распределенные массы элементов на сосредоточенные и располагаем их в центрах масс элементов.

Для определения координат центров масс элементов и кузова принимаем начальную систему координат

. Ось направим по оси автосцепки, другие - - по осям симметрии кузова (рисунок 4.1).

Координаты центров тяжести элементов в системе координат

заносим в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Характеристики узлов

M, кг	l, мм	b, мм	h, мм	x, мм	y, мм	z, мм
Рама	7000	13870	3200	360	0	-1367	0
Тор. стена	350	20	2760	2791	6925	118,6	0
Бок. стена	1559	13870	20	2791	0	118,6	1590
Крыша	1603	13870	3200	587	0	1777	0
Груз	68000	13844	2760	2791	0	118,6	0
Над. Бал.	600	325	2590	325	5000	-1799	0
Сумма(М)	78512

Положение центра масс кузова и его главных координатных осей

Положение центра масс кузова определяется координатами

.

Из условия равенства суммы моментов инерции элементов по оси

и общего для кузова от возмущений , выражения координат равны:

,(4.1)

где

– массы кузова, участвующие в колебаниях по направлению осей :

;

– координаты центров масс элементов и груза в начальной системе координат .

Рисунок 4.1- Топологическая модель кузова вагона

.

В центре масс кузова помещаем центрально-координатную систему

. Поскольку оси системы совпадают с осями симметрии кузова, то они будут являться главными осями тела инерции.

Находим расстояние от центра масс вагона до уровня верха пружин рессорных комплектов:

мм(4.2)

где

– расстояние от оси автосцепки до верха пружин, м.

4.2 Характеристики инерции

Характеристики инерции определяются ускорениями колебаний

центра масс кузова по направлению координатных осей кузова.

Для определения характеристик инерции, в центрах масс элементов

устанавливаем местные координатные оси . При определении коэффициентов инерции задаем последовательно центру масс тела перемещения с ускорением , находим в центрах масс элементов силы инерции и моменты сил инерции и от них реакции сил инерции в центре масс тела (рис. 4.2).

Реакции

образуют матрицу коэффициентов инерции . Поскольку оси кузова являются главными и центральными, то побочные реакции равны нулю ( ). Тогда в качестве характеристик инерции будут выступать главные коэффициенты инерции тела .

Поскольку оси

параллельны осям координат тела , то от коэффициенты масс и моментов инерции масс кузова будут равны:

,(4.3)

где

– коэффициенты инерции масс от линейных ускорений ( ), кг;

– коэффициенты инерции масс от угловых ускорений ( ), кг×м²;

– моменты инерции масс элементов относительно местных координатных осей , кг×м²;

– координаты центров тяжести элементов в системе координат .

Таблица 4.2

Моменты инерции масс,

Название элемента	Ix	Iy	Iz
Рама	1,91E+10	1,182E+11	1,313E+11
Торцовая стена	4,54E+08	1,701E+10	1,701E+10
Боковая стена	4,98E+09	2,893E+10	2,501E+10
Крыша	6,47E+09	2,707E+10	3,213E+10
Груз	8,83E+10	1,129E+12	1,13E+12
Надрессорная балка	2,28E+09	1,534E+10	1,728E+10
Ix общ	Iy общ	Iz общ
1,293E+11	1,4E+12	1,41E+12

4.3 Математическая инерционная модель

Математической инерционной моделью кузова с произвольными координатными осями и центрально главными осями являются выражения (4.4, 4.5):

(4.4)

(4.5)

5 Виброзащитная модель динамической системы

5.1 Характеристики рессорного подвешивания двухосной тележки грузового вагона

Таблица 5.1

Параметры пружин рессорного комплекта