Zwiększenie prędkości jazdy pociągów i rozwój kolei dużych prędkości spowodowały wyraźny wzrost zainteresowania problemami dynamiki kolejowych sieci trakcyjnych. W ostatnich latach pojawiło się w literaturze zagranicznej wiele nowych publikacji przedstawiających zaawansowane numerycznie metody symulacji drgań górnej sieci jezdnej i pantografów. W Polsce temat ten jest stosunkowo mało znany, stąd jednym z celów pracy jest przegląd literatury na temat metod modelowania sieci trakcyjnych. Celem zasadniczym jest przedstawienie oryginalnej metody symulacji drgań sprzężonego układu sieć trakcyjna -pantograf oraz zastosowanie metody do analizy drgań przykładowej sieci trakcyjnej. Metoda bazuje na modelu obliczeniowym przedstawionym przez autorów w odrębnej pracy, sformułowanym na podstawie teorii drgań wiotkiego cięgna z ciągłym rozkładem masy. Górna sieć jezdna jest traktowana jako wstępnie napięty, wieloprzęsłowy wieszar cięgnowy złożony z liny nośnej o niepomijalnym zwisie w przęsłach i przewodu jezdnego podwieszonego za pomocą wiotkich wieszaków nie przenoszących ści-skania. Sieć trakcyjna jest obciążona dwoma pantografami poruszającymi się ze stałą prędkością. Pantografy są układami dynamicznymi o dwóch stopniach swobody. Równania ruchu wyprowadzone metodą Lagrange'a -Ritza zostały w tej pracy przekształcone poprzez wyodrębnienie nieliniowych sił, które kompensują wpływ wieszaków ściskanych. Opisano metodę rozwiązania nieliniowych równań ruchu i wyjaśniono sens fizyczny stowarzyszonych z nimi równań liniowych. Przedstawiono przykład symulacji drgań sieci złożonej z dziesięciu przęseł, świad-czący o efektywności i możliwościach obliczeniowych prezentowanej metody oraz zbadano wpływ tłumienia w materiale liny nośnej i przewodu jezdnego na charakterystyki dynamiczne badanej sieci.Słowa kluczowe: symulacja drgań, drgania liniowe, drgania nieliniowe, siła nacisku stykowego, drgania przewodu jezdnego, wpływ tłumienia 1 Autor do korespondencji / corresponding author: Danuta Bryja,

No abstract

W artykule przedstawiono wyniki kolejnego etapu badań dynamiki kolejowej sieci trakcyjnej obciążonej ruchem pantografów, wykonywanych za pomocą autorskiej metody symulacji drgań sprzężonego układu pantografy-sieć trakcyjna. Przeanalizowano wpływ prędkości ruchu oraz odległości pomiędzy pantografami na drgania przewodu jezdnego oraz na siłę nacisku stykowego ślizgacza pantografu na przewód jezdny. Do analiz wybrano trzy rozstawy pantografów oraz pięć prędkości. Przeanalizowano charakter zjawiska na podstawie przebiegów czasowych wielkości wyjściowych oraz miar statystycznych. Zidentyfikowano możliwość wystąpienia niekorzystnych kombinacji warunków obciążenia sieci, skutkujących zwiększeniem niekorzystnych zjawisk dynamicznych. Sformułowano wnioski do dalszych badań. Słowa kluczowe: symulacja drgań, drgania przewodu jezdnego, siła nacisku stykowego, interakcja sieć jezdnapantografy.

The paper presents the results of initial validation of the method for simulating the dynamic interaction between a pantograph and a overhead contact line. According to European Standard EN50318, the first step of validation was done, which consists of comparison of the simulation results with limit values given in European Standard for the reference model. The dynamic behaviour characteristics, in terms of TSI ENE, were calculated from simulated vibrations of the ten-span overhead contact line and the pantograph, and the rate of contact force change in time. Geometrical and mechanical parameters of the overhead contact line and the pantograph were based on the annex to European Standard EN50318. It was proved, that the part of the characteristics meets European Standard requirements and the other slightly exceed the limit values. Based on the analysis, the direction of further research was proposed.

The paper presents the methodology for simulating vibrations of the railway catenary, caused by the passage of the train through the track stiffness discontinuity. The concept of the simulation algorithm takes into account the dynamic interaction between pantographs and the overhead contact wire as well as nonlinearity resulting from the specificity of the droppers behaviour, which do not carry compression - they only carry tensile forces. The coupling of track and rail vehicles vibrations is also included. According to physics, the effect of vibrations of the catenary carried by pantographs on the railway vehicle was not taken into account, which allowed to divide the simulation algorithm into two stages and develop two computer programs with a defined hierarchy of operation. In the first stage of the simulation, the time-histories of vibrations and vibration velocities of those train cars, on which the pantographs are mounted, are calculated. In the second stage, the previously calculated time-histories are set as the input data and the vibration characteristics of the catenary and contact force between pantograph and the contact wire are calculated. The paper presents examples of vibration simulations of a rail vehicle observed in real time at the theoretical point of the pantograph base. The results of the second stage of the simulation were also shown: selected vibration time-histories of the pantograph and the five-span section of the catenary, and oscillations of the contact force between pantograph and the contact wire. The impact of the track stiffness discontinuity on catenary vibration was assessed.