23472

بررسي رفتار ديناميكي وسيله نقليه ريلي تحت تاثير تراورسهاي آويزان

دكتري

مهندسي راه آهن- مهندسي ماشينهاي ريلي

1399-1400

1400/02/12

دكتر مجيد شهروي

دكتر جبارعلي ذاكري

مهندسي راه آهن

امروزه با پيشرفت هاي صورت گرفته در صنعت راه آهن و افزايش سرعت قطارها، مباحث طراحي خط راه¬آهن و وسيله نقليه ريلي نيز اهميت خاصي پيدا كرده است. يكي از عيوبي كه در اثر عدم نگهداري مناسب، شرايط آب و هوايي منطقه و ... به وجود مي¬آيد، عدم وجود تكيه گاه مناسب تراورس ها يا تراورس¬هاي آويزان مي باشد. در اثر وجود چنين عيوبي در خطوط راه¬آهن بالاستي، شرايط بهره¬برداري از خط دچار اختلال مي¬شود و عملكرد ديناميكي وسايل نقليه ريلي را تحت تاثير خود قرار مي دهند. با بررسي پژوهش¬هاي بعمل آمده در سالهاي گذشته تا به امروز، مي¬توان دريافت كه بيشتر اين پژوهش¬ها در زمينه اثر تراورس¬هاي آويزان بر روي عملكرد اجزاي خط و اندركنش خط-قطار بوده و توجه كمتري بر روي عملكرد وسايل نقليه ريلي صورت پذيرفته است. لذا در اين مطالعه با استفاده از مدل سه بعدي خط و قطار به بررسي عملكرد ديناميكي وسيله نقليه ريلي پرداخته شده است. براي انجام اين مطالعه با استفاده از تست ميداني بر روي خط بالاستي و وسيله نقليه ريلي، نتايج مدلسازي عددي صحت سنجي شده است. مدلسازي عددي با بهره¬گيري از دو نرم افزار المان محدود (ANSYS) و نرم¬افزار ديناميكي (SIMPACK) انجام پذيرفته است. استفاده از اين نرم افزارها اين امكان را ميسر مي¬سازد تا بتوان وجود تراورس¬هاي آويزان را بر روي بستر انعطاف پذير خط ترسيم و مدلسازي نمود. لذا در اين مطالعه با بررسي رفتار وسيله نقليه ريلي تحت تاثير تراورس هاي آويزان ، مباحثي همچون شاخص راحتي سفر، ناهمواري هاي موجود در سطح ريل با توجه به مقررات سازمان ملي آمريكا و كاريوگيشن ريل مورد توجه قرار گرفته و نتايج بدست آمده نشان مي¬دهند كه جابجايي ريل با در نظر گرفتن تعداد تراورس¬هاي آويزان و سرعت وسيله نقليه رفتار متفاوتي دارد. اين در حالي است كه هنگامي كه تعداد تراورس¬هاي آويزان كمتر از 4 عدد باشد، اثر سرعت بر روي جابجايي ريل ناچيز بوده ولي با افزايش تعداد تراورس¬هاي آويزان، جابجايي ريل افزايش مي¬يابد. در اين شرايط، در صورتي كه وسيله نقليه با سرعت km/h30 و 110 بر روي خطي كه داراي 6 تراورس آويزان است، عبور نمايد، نيروي تماسي چرخ-ريل نسبت به خط داراي يك تراورس آويزان به ترتيب 8% و 67% افزايش پيدا خواهد نمود. همچنين شتاب كابين راننده در چنين شرايطي به ترتيب371% و 917% افزايش خواهد نمود و در صورتي كه لازم باشد شاخص راحتي سفر در خط داراي يك تراورس آويزان در محدوده كمتر از "ناراحتي" قرار گيرد، سرعت وسيله نقليه مي¬بايست كمتر از km/h70 باشد. با بررسي نيروي تماسي چرخ-ريل در خطوطي كه داراي ناهمواري كلاس يك و تراورس آويزان مي¬باشد، مي¬توان دريافت كه اثر كلاس يك ناهمواري خط بر روي افزايش نيروي تماسي چرخ-ريل بيشتر از اثر تراورس¬هاي آويزان مي¬باشد. به بيان ديگر، تغييرات نيروي تماس چرخ-ريل در صورت وجود ناهمواري كلاس يك خط، اثر غالبي نسبت به خط راه¬آهني دارد كه داراي تراورس¬هاي آويزان مي¬باشد. علاوه بر اين، در خطوطي كه به صورت همزمان داراي تراورس آويزان و كاريوگيشن ريل مي¬باشند، روند تغييرات نيروي تماسي چرخ-ريل در محدوده¬هاي سرعتي مختلف، متفاوت مي¬باشد. به عنوان مثال، در صورتي كه خط داراي كاريوگيشن با طول موجهاي mm80 با دامنه mm05/0، mm120 با دامنه mm05/0 و mm1/0 باشد، افزايش نيروي تماسي چرخ-ريل در خط داراي شش تراورس آويزان نسبت به خط داراي يك تراورس آويزان در سرعت km/h 90 به ترتيب برابر است با 41، 30 و 28درصد.

1400/02/19

Investigation of vehicle dynamics behavior under of unsupported sleepers effect

1/1/1900 12:00:00 AM

In the recent years, there have been advances in railway industry and increasing train speeds. Thus, the studies of design railway track and vehicles have been considered. One of the defect is lack of suitable support sleepers or unsupported sleeper, because of improper maintenance, area weather situation and so on. In this regard, Conditions of track operation would disturb because of such defect in ballasted railway track, and would have negative effects on the dynamic behavior of the rail vehicle. By investigating recent studies, it can be received that most of these studies have been in field of the unsupported sleepers effect on operation of track component and train-track interaction, and less attention has been paid on the rail vehicle dynamic behavior. Thus, in the present study, rail vehicle dynamic behavior is investigated by using 3D model of train and track. Numerical modeling results are validated by using field test on the ballasted track and rail vehicle. The numerical model is done by using the finite element program (ANSYS) and the multibody dynamics program (SIMPACK). To use these programs, it is possible to design the unsupported sleepers on the railway flexible track. Furthermore, by investigating rail vehicle behavior under effect of the unsupported sleepers, studies like ride comfort index, rail irregularities in accordance with the Federal Railroad Administrator and rail corrugation have been attended. Results present that rail displacement has different behavior when the number of unsupported sleeper and vehicle speed are changed. Although the effect of speed is insignificant on the rail displacement when the number of unsupported sleepers are less than 4, the rail displacement is increased, when the number of unsupported sleepers are increased. In this situation, when the vehicle has 30 and 110 km/h, and passes on the track having six unsupported sleepers, wheel-rail contact increases in comparison with track having one unsupported sleeper 8% and 67%, respectively. Moreover, driver cab acceleration increases 8% and 67%, respectively. While the ride comfort index is in the level of less than “uncomfortable”, the vehicle speed should be less than 70 km/h in track having one unsupported sleeper. To investigate of the wheel-rail contact force, it can be concluding that the effect of class 1 irregularity is more than the effect of unsupported sleeper on the increase of wheel-rail contact force, in track having class 1 irregularity and the unsupported sleeper. It means that, varieties of the wheel-rail contact have dominant effects in competition with track having unsupported sleepers in track having class 1 irregularity. Moreover, tracks having unsupported sleeper and rail corrugation simultaneously, changes of wheel-rail contact force are different in various speed ranges. For instance, when track having rail corrugation with a wavelength 80 mm and an amplitude 0.05 mm, a wavelength 120 mm and amplitudes 0.05 and 0.1 mm, the increase of wheel-rail contact force in speed of 90 km/h is 41%, 30% and 28%, respectively, in track having six unsupported sleepers in comparison with track having one unsupported sleeper.

تراورس آويزان , ديناميك خط-قطار , شاخص راحتي سفر , عملكرد ديناميكي , خط انعطاف پذير راه¬آهن

railway flexible track , dynamic behavior , ride comfort index , train-track dynamics , Unsupported sleeper