РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНОГО ЛОКОМОТИВА ДИСКОВЫМ ТОРМОЗОМ
2.1. Общие сведения
Сила торможения наряду с реализуемой силой тяги и долговечностью элементов ходовой части ? главные характеристики, определяющие эффективную работу шахтного локомотива. Процесс торможения шахтного поезда имеет много общего с процессом торможения магистрального и промышленного железнодорожного состава. Определению динамических характеристик локомотивов железнодорожного транспорта посвящены работы [17, 62, 70]. Однако в связи с существенным отличием в условиях эксплуатации, конструкции, геометрических параметрах и состоянии рельсового пути результаты исследований процесса торможения железнодорожного состава не могут быть перенесены на шахтный рельсовый транспорт.
В качестве исполнительного органа привода шахтного локомотива используется стальное или футерованное колесо, которое при взаимодействии с рельсом образует фрикционную пару. Система подвешивания ходовой части ? наименее прочное звено в механической системе шахтного локомотива. От нее зависит надежность и долговечность узлов и деталей ходовой части, устойчивость и безопасность движения, сила тяги и торможения.
При проектировании новых шахтных локомотивов и оценке показателей работы используемых в настоящее время необходимо учитывать особенности их эксплуатации, которые характеризуются частым чередованием режимов разгона и торможения, несовершенством ходовой части (наличие зазоров в буксе и приводе), низким коэффициентом сцепления (загрязнение поверхности рельсовой колеи), отсутствием противобоксовочных систем, жесткими габаритными ограничениями и др.
В течение последних пяти десятков лет проводились многочисленные исследования влияния различных факторов (материалов и состояния поверхности рельса и колеса, несовершенств шахтного рельсового пути, нормальной нагрузки, геометрических размеров колеса, учета коничности и профиля колесного бандажа, конструкции подвески и др.) на реализуемые тягово-тормозные характеристики шахтных локомотивов [40, 71, 88, 131]. В работах [16, 17] проанализировано влияние вертикальных и боковых колебаний на величину и характер нагрузок, возникающих в их ходовой части.
В режиме торможения в механической системе шахтного локомотива, представляющей собой динамический объект, возникают вынужденные колебания, обусловленные его кинематическими характеристиками, инерционными возмущениями, сложным характером и особенностями функционального взаимодействия поверхностей катания колес, связанных между собой жестко с помощью оси в колесные пары, и рельсов. В результате появляются продольные динамические силы, влияющие на тормозные характеристики локомотива, вызывающие динамические нагрузки в элементах привода и ходовой части, а также в системе буксового подвешивания, способствующие износу бандажей колесных пар. С целью уменьшения колебаний и ускорения их затухания в узлах механической системы шахтного локомотива присутствуют упруго-диссипативные связи [73, 113].
Рабочие характеристики КМБ и системы подвешивания шахтного локомотива в процессе разгона и стационарного движения исследованы путем математического моделирования в работе [112]. Преимущества упругого буксового узла с резинометаллическими элементами показаны в работе [26]. Выбор рациональных параметров колесно-колодочного тормоза с секционной тормозной колодкой дает возможность повысить продуктивность и безопасность локомотивной откатки [120]. Математическая модель движения рудничного локомотива в условиях торможения колесно-колодочным тормозом описана в работе [127].
В данном разделе автором обоснованы и составлены расчетные схемы шахтного локомотива с вариантами установки дискового тормоза на оси колесной пары и на валу двигателя, разработана и апробирована математическая модель торможения шахтного локомотива дисковым тормозом, описывающая вынужденные колебания элементов КМБ, с учетом нелинейной характеристики взаимодействия фрикционной пары колесо-рельс [117]. Математическая модель позволяет определить динамические нагрузки в звеньях КМБ, а также рассчитать тормозной путь и время торможения шахтного локомотива. В математической модели использованы аналитически представленные зависимости коэффициента сцепления от относительного скольжения в режиме торможения шахтного локомотива для различных состояний рельсового пути, полученные автором на основе аппроксимации экспериментальных данных [91, 114]. Указанные зависимости хорошо согласуются с проведенным автором теоретическим исследованием процесса качения стального колеса по рельсу с отрицательным относительным скольжением при наличии промежуточной среды [115, 116].
2.2. Динамические модели шахтного локомотива
Для изучения процесса торможения шахтного локомотива необходимо обосновать и составить расчетные схемы (динамические модели), учитывающие возможность установки дискового тормоза на оси колесной пары или на валу двигателя, и на их основе разработать математическую модель. Исследование математической модели, представляющей собой многомассовую систему с сосредоточенными параметрами, учитывающую реальные условия работы фрикционной пары колесо-рельс в режиме торможения, позволит, не прибегая к лабораторным и натурным испытаниям, прогнозировать динамику шахтного локомотива и элементов его КМБ, принимать рациональные конструктивные решения.
Расчетные схемы должны учитывать основные особенности рассматриваемой конструкции. Степень их детализации зависит от цели выполняемых исследований и определяется требуемой точностью.
Динамические модели шахтного локомотива принято представлять в виде отдельных подсистем, связанных между собой упруго-диссипативными связями. Это позволяет учитывать особенности его структуры. В качестве подсистем рассматривают одно или несколько связанных тел, упругое тело или систему упругих тел. Подсистемы могут относиться к ходовой части или кузову локомотива, а также к рельсовому пути [24].
В данной работе шахтный локомотив рассматривается как механическая система, состоящ
- Киев+380960830922