دانلود پایان نامه

C …………………………………………………………………………………………………………………………………….سرعت بحرانی خطی
C1 تا C4 ……………………………………………………………………ضرایب دمپینگ برای دمپرهای یاو سیستم تعلیق اولیه
Ky ………………………………………………………………………………………………………………سختی عرضی سیستم تعلیق اولیه
Cy……………………………………………………………………………………………………………..دمپینگ عرضی سیستم تعلیق اولیه
KK ……………………………………………………………………………………………………………………سختی یاو سیستم تعلیق اولیه
Cy2 ………………………………………………………………………………………………………….دمپینگ عرضی سیستم تعلیق ثانویه
Ky2 ……………………………………………………………………………………………………………سختی عرضی سیستم تعلیق ثانویه
mC ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..جرم بدنه واگن
mB ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..جرم بوژی
d…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..نصف گیج خط
b……………………………………………………………………………………………………….نصف بازوی سختی یاوسیستم تعلیق اولیه

فصل اول

مروری برادبیات موضوع

1-1- مقدمه:
مدلسازي رياضي بصورت بسيار گسترده اي براي توصيف حركت قطار بر روي ريل مورد استفاده شده است. با توجه به تنوع پارامترهاي موجود در مسا له، ايجاد نمودن يك مدل رياضي كه بتواند همه جنبه هاي مسئله را پوشش دهد به نظر بسيار بعيد مي آيد. بديهي است در اين ميان استفاده از مدلهاي خاص هر يك با هدفي خاص (در بردارنده محدود يت هايي) بسيار راهگشا است.
عموما در بررسي ديناميك آلات ناقله و به ويژه آلات ناقله ريلي، فرض بر آن است كه المان هاي جرمي هر يك صلب هستند. هر يك از اين المانها داراي 6 درجه آزادي در راستاهاي طولي، عرضي، قائم (درجات آزادی مربوط به جابجايي) رول، پيچ و ياو (درجات آزادي مربوط به دوران) هستند. براي توصيف ديناميكي هريك از اين درجات آزادي نيازمند حل يك معادله ديفرانسيل درجه 2 كه عموما كوپل با معادلات ديگر است مي باشيم. پس براي توصيف ديناميك يك سيستم N درجه آزادي مي توان گفت N×6 معادله ديفرانسيل كوپله شده بايد حل شوند. بديهي است حل اين تعداد معاد له بسيار وقت گير و هزينه بر است. در اينجاست كه ما بايد هدف مدل و وظيفه آن را تعيين كنيم.
مشاهدات صورت گرفته نشان داده اند كه ارتباط كمي مابين حركت وسيله نقليه در راستاي قائم و عرضی است. با توجه به اين نكته مي توان گفت در بررسي عرضي وسيله نقليه نياز به در نظر گرفتن اثرات حركت در راستاي قائم نيست. اين مسئله در ارتباط با بررسي حركت در راستاي قائم نيز صادق است. در اينجا و در اين پژوهش با توجه به اينكه هدف بررسي حركت در راستاي عرضي بوده است تنها درجات آزادي ياو و عرضي در نظر گرفته شده اند.
اين ساده سازي نه تنها ما را در حل مسئله كمك مي نمايد بلكه در انتها نيز توصيف نتايج را آسانتر مي سازد.
بررسي عرضي خود مي تواند به دو شاخه تقسيم شود :
1- بررسي پاسخ سيستم: بديهي است در اين رويكرد، هدف بررسي پاسخ سيستم به محركهاي خارجي است.
2- بررسي پايداري در اين رويكرد هدف بررسي پايداري عرضي وسيله نقليه تحت شرايط كاري مختلف است.
همانگونه كه يك سيستم در حالت استاتيكي مي تواند پايدار يا ناپايدار باشد يك سيستم ديناميكي نيز مي تواند پايدار يا ناپايدار باشد. همانگونه كه در استاتيك معيار ما براي بررسي پايداري، بازگشت سيستم به حالت ابتدايي خود است، در ديناميكي نيز معيارهاي مشابه براي بررسي پايداري وجود دارد. اين معيار اينگونه مطرح مي شود: يك سيستم ديناميكي ناپايدار سيستمي است كه كوچكترين مقدار جابجايي (تحريك) را به بينهايت واگرا مي كند.
2- 1- مروري بر كارهاي انجام شده :
اولین تحقیق وبررسی روی مسئله پایداری آلات ناقله ریلی توسط د یپیتر2 [4] انجام شد. وی رفتار و سيكل حدي را در يك بوژي دو محوره كه داراي چرخهاي استوانه اي است بررسي نمايد. کاروی توسط ماتسودایرا 3 [5]وویکنز4 [6] باارائه مقالاتی دنبال شد. این کارهای اولیه شروع بررسی این موضوع توسط دیگردانشمندان بود. کوپریدر5 [7]اولین کسی بود که مباحث غیرخطی رادر زمینه سیستمهای ریلی بررسی کرد.وی اثرات لغزش چرخ مخروطي بودن چرخ، تماس فلنج و ميزان اصطكاك كاسه بوژي را بر روي ديناميك بوژي با 6 درجه آزادي بررسي نمود. اولین تحلیل دوشاخگی مسئله حرکت آزاد یک چرخ ومحورتوسط هوا یلگول6 [8] انجام شد ومنجربه مواجه شدن با حالت دوشاخگی سیکل حدی شد. در سالهای اخیرمولفان بسیاری حرکت نوسانی آشوبناک ودوشاخگی سیکل حدی رادرباره چرخ ومحور و وسایل نقلیه ریلی مورد بررسی قرار داده اند.
تحلیلهای تئوریکی زیادی برای پیش بینی سرعتهای بحرانی دردینامیک غیرخطی چرخ ومحورها و وسایل نقلیه ریلی انجام شده اند. لاو و برند7 [9]ازروش کریلوف – بوگولیوبوف8 [20] برای استخراج دامنه های ارتعاشات چرخ ومحوراستفاده کرده اند. آنها در بررسی خود ازروش اغتشاش برای تحلیل پایداری حرکت نوسانی استفاده کردند. آنها تاثیر پروفیل چرخ وهمچنین تماس فلنج رادراین مطالعه بدست آوردند. سعي نمودند تا با متدي مشابه رفتار يك تك محور ر
ا در قوس با درنظر گرفتن تماس فلنج بررسي نمايند. در اين مدل تماس فلنج بصورت يك عدد فنر خطي با لقي برابر با لقي گيج خط مدل شده بود.
شفل9 [10]بصورت تئوریکی وابستگی پایداری هانتینگ را به ضرایب خزش نشان داد واثردمپینگ سیستم تعلیق را برپایداری وسیله نقلیه وچرخ ومحورراموردمطالعه قرارداد.
درتلاشی که توسط هانس ترو10، مهدی احمد یان ویانگ11 [11,12,13] انجام شد، اثرغیرخطی دمپینگ یاو طولی بررفتارهانتینگ وطبیعت دوشاخگی سیکل حدی در یک چرخ ومحور و همچنین دریک بوژی دومحوره رابررسی کردند. بررسی ایشان حاکی ازاین بود که افزایش متوسط دمپینگ یاو باعث کاهش سرعت بحرانی هانتینگ می شود وافزایش بسیارزیاد در دمپینگ یاورفتارهانتینگ رادرزمینه کنترل بهترودامنه هانتینگ بهبود می بخشد. هوراک و ورملی12 [14]اثرچین خوردگی سطح ریل را بررفتارهانتینگ یک بوژی مسافری موردآزمایش قراردادند. به علاوه آنها تاثیر پارامترهای سیستم تعلیق اولیه وهندسه چرخ ومحوررا بر پایداری بوژی بررسی کردند.
ناگورکا13 [15]درمطالعه خود دررفتارقوسها بر وسایل نقلیه ریلی احتمالا اولین شخصی بوده که حالت تماس دونقطه ای چرخ وریل رادرمعادلات دینامیکی حاکم برسیستم در نظر گرفته است.
سن یونگ، لی و یانگ چنگ چنگ14 [1]درسال 2004 بااستفاده ازمدل خزشی سیستم چرخ ومحوروبوژی را به صورت یک سیستم 10درجه آزادی مدل کردند وسیستم را روی یک مسیرمستقیم حرکت دادند و جابجاییهای عرضی، عمودی، رول و یاو چرخ ومحور و همچنین جابجاییهای عرضی و یاو را برای بوژی درنظرگرفتند. دراین بررسی دیده شد که سرعتهای بحرانی هانتینگ محاسبه شده درسیستم 10 درجه آزادی از سیستم 6 درجه آزادی ای که قبلا بررسی کرده بودند کمتربوده است. همچنین به این نتیجه رسیدند که سرعت بحرانی هانتینگ برای یک وسیله نقلیه با یک پروفیل فلنج نو بیشتر از حالتی است که پروفیلش سا ییده شده یا کهنه باشد.
نات وجایادف15 [2]درسال 2005 تاثیر سختی یاو رابرروی دینامیک چرخ ومحور به صورت شبیه سازی وحل عددی رابررسی کردند. نیروهای تماسی بین چرخ وریل را بااستفاده ازتئوری خزشی جانسون و ورمولین تخمین زدند و به این نتیجه رسیدند که پاسخ سیستم درحین افزایش وکاهش سرعت یکسان هستند.
یانگ تسای فن، ون فانگ وو16 [3]درسال 2006 پایداری دینامیکی یک مدل چرخ ومحوروبوژی و واگن را مدل کردند که تماس فلنج چرخ وریل رادر نظر نگرفتند ودریافتند که درسرعتهای کمترازسرعت بحرانی راحتی سفروجود خواهد داشت وکدی که برای کار خود نوشتند بسیار قابل تغییربرای انواع دیگرمدلهای بدون تماس فلنج بود.
البته شايان ذكر است كه با پيشرفت بيش از پيش ديناميكي غيرخطي و بويژه ديناميك آشوب تحولات فراواني در حوزه بررسي پديده هانتینگ صورت گرفت. معرفي را در اين زمينه در مرجع موهان17 واحمدیان [16] مي توان يافت.
مطالعه اي در اين زمينه توسط ها نس ترو انجام شده كه ايشان نيروهاي خزشي غير خطي را در نظر گرفتند ولي تنها يك چرخ و محور را بررسي كردند و تماس فلنج چرخ با ريل را در نظر نگرفته‌اند.
نتايج حاكي از اين موضوع است كه غيرخطي بودن موجود در سيستم تعليق اوليه و تماس فلنج با ريل بسيار روي رفتار هانتينگ تاثير گذار هستند. هر دوي سرعتهاي بحراني و طبيعت دوشاخگي توسط المانهاي غيرخطي تحت تاثير قرار دارند. به علاوه نتايج نشان دهنده اين هستند كه در بعضي از شرايط سرعت بحراني هانتينگ در تحليل غيرخطي كمتر از سرعت بحراني در تحليل خطي است. اين موضوع بيانگر اينست كه تحليل خطي مي تواند سرعت عملكردي را پيشنهاد كند كه در واقعيت آن سرعت باعث هانتينگ شده است.
يك عاملي كه در وسايل نقليه ريلي پر سرعت محدود كننده مي باشد، پديده ديناميكي اي به نام هانتينگ است كه در ابتدا بصورت يك پاسخ حركتي دمپ شده عرضي و ياو وسيله نقليه ريلي ظاهر مي شود. در فراتر از سرعت رو به جلويي كه به نام سرعت بحراني خوانده مي شود، هانتينگ ظاهر مي شود كه به صورت يك حركت مستهلك نشده چرخ و محور مقيد بين فلنج چرخ و ريل مي نماياند هانتينگ چرخ و محور مي تواند منجر به هانتينگ بوژي شود و در نهايت هانتينگ بدنه واگن يا هانتينگ اوليه شود. هانتينگ اوليه مي تواند نيروهاي عرضي بزرگي در ريل را ايجاد كند كه منجر به خروج از خط می شود.
به خاطر اهميت اين موضوع در عملكرد وسايل نقليه ريلي، بحث هانتينگ چندين دهه است كه مورد مطالعه قرار مي گيرد. كارهاي اوليه عموما از مدلهاي خطي استفاده مي كردند كه ديد محدودي را در مورد مسئله در اختيار صنعت راه آهن قرار مي داد.
مطالعات بعدي توسط کوپریدر18 [7] و تعداد زياد ديگري بر اين اساس بود كه مدلهاي خطي را طوري استفاده كنند كه ترمهاي غيرخطي را نيز شامل شود. اثرات دوشاخگي بر تحليل سيستم هاي غيرخطي بسيار حائز اهميت مي باشند. اخيرا مطالعاتي در اين زمينه انجام مي شود بحث دوشاخگي را در هانتينگ وسيله نقليه ريلي مدنظر قرار مي دهد.
تئوري دوشاخگي، رفتار ديناميكي سيستم هاي غيرخطي را وقتي كه پارامترهاي سيستم تغيير كنند مي دهد. دوشاخگي سيكل حدي پديده اي دارای اهميت ويژه در ديناميك ريلي است.
هنگامي كه سرعت وسيله نقليه ريلي از يك حد خاصي بيشتر مي شود، حركت متعادل پايداري خود را از دست مي دهد و هانتينگ شروع مي شود. به علاوه زمانيكه سرعت از سرعت بحراني فراتر مي رود دياگرام فازي سيستم از يك نقطه ثابت دور مي شود كه بسيار به مانند پديده دوشاخگي سيكل حدي است.
در ابتدا هویلگو19 [8]دوشاخ
گي سيكل حدي را در چرخ و محور بررسي كرد و نيروي غيرخطي بين چرخ و ريل را در نظر گرفت. در ادامه اين كار گروهي از دانشمندان به رهبري هانس ترو دوشا خگي را در دو ريل مختلف كه توسط کوپریدر [7] معرفي شده بود مورد مطالعه قرار دادند.
مهدی احمدیان ویانگ20 [13]اثر غير خطي بودن دمپينگ ياو را بر دوشاخگي سيكل حدي بر روي چرخ و محوري كه تماس فلنج در آن برقرار نبود بررسي كردند. مطا لعات آنان نشان داد كه دامنه نوسانات هانتينگ با سرعت زيادي افزايش پيدا كرد هنگامي كه سرعت رو به جلو بالاتر از سرعت بحراني باشد اين موضوع بيانگر اينست كه حركت عرضي چرخ و محور از لقي بين فلنج چرخ و ريل بيشتر مي شود كه در حالت واقعي تماس بين فلنج چرخ و ريل برقرار مي شود. حذف كردن ديناميك تماس بين فلنج چرخ و ريل باعث بروز خطاهايي در تحليل مي شود كه در واقعيت اتفاق نمي افتد.
هدف اصلي از اين پروژه گسترش نتايج مطالعات يانگ و احمديان است كه تماس فلنج چرخ و ريل وجود دارد و روشی که برای این تحلیل مورد استفاده قرار می گیرد روش اغتشاشی اوریجینگ است که دربسیاری ازتحلیلهای دینامیکی غیرخطی مورداستفاده بوده است و نتایجی که از این روش بدست آمده مورد تایید تستهای عملی نیز بوده است. ازطرفی تاکنون ازاین روش دربحث هانتینگ تنها در کار مهدی احمدیان و یانگ21 [13] آنهم برای تحلیل دینامیکی چرخ ومحورمورد استفاده قرارگرفته است نه برای تحلیل هانتینگ یک واگن به همراه بوژی وچرخ ومحور. همچنين این کار تنها به بررسي ديناميك غيرخطي چرخ و محور منتهي نمي شود. پس از تحليل ديناميك چرخ و محور، تاثير وجود بوژي بر روي چرخ و محور بررسي مي شود و در نهايت وجود واگن برروي سيستم كه يك سيستم كامل را مي سازد مورد تحليل غيرخطي قرار خواهد گرفت وسرعتهای بحرانی خطی و غیرخطی محاسبه خواهندشد که تاثیروجود بوژی وواگن براین سرعتهای بحرانی بررسی می شوند و همچنین تاثیر تغییر پارامترهای سیستم بر این سرعتها مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.
البته در اين تحليل براي چرخ و محور درجات آزادي ياو و عرضي وبراي بوژي درجه آزادي عرضي و براي واگن نيز درجه آزادي عرضي در نظر گرفته شده است كه بصورت كلي سيستم كلي داراي چهار درجه آزادي مي باشد كه در مطالعات آينده مي توان اين درجات آزادي را افزايش داد.
در اين پايان نامه دوشاخگي سيكل حدي را در حضور تماس فلنج چرخ و ريل و دمپرهاي ياو غيرخطي مورد مطالعه قرار مي گيرند.
شرايط اين تحقيق فرض را بر اين گذاشته اند كه نيروهاي خزشي كوچك باقي مي مانند و محدوده خطي خود را ترك نخواهند كرد، در عوض نيروهاي سيستم تعليق


دیدگاهتان را بنویسید