Analiza Drgań Wieszara Cięgnowego Jako Modelu Kolejowej Sieci Trakcyjnej Obciążonej Ruchem Pantografów

Abstract

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,

Vibrations of the overhead catenary caused by the passage of a high-speed train through the track stiffness discontinuity

“…Pantographs are treated as flat dynamic systems with two degrees of freedom (Figure 3), but they can be easily expanded into systems with several degrees of freedom. In contrast to the initial model described in [5] and [6], the pantograph base is not fixed, its vertical movement is determined by the vibrations of the rail vehicle at the theoretical points of contact between subsystems (1) and (2). It has been assumed, therefore, that the vertical movement of the pantograph base is described by functions p ( ) i ̇p ( ) defining the displacement and speed of vibration at the contact point , which is also the pantograph number.…”

“…3. This model is analogous to that described in detail in [5] and [6] but contains minor modifications in the definition of suspension lines and pantographs. The upper overhead contact line, similar to the initial model, is a towing hitch consisting of a multi-span carrier rope and a contact wire which is suspended to the rope by means of hangers.…”

“…which differs from the form of the equations given in [5]: an introduction of the coefficient κ defining the residual stiffness of hanger cables during compression and taking into account the kinematic constraint of pantographs in the excitation vector. From the point of view of taking into account the non-linear behavior of hangers, the most important is the form of stiffness matrix divided into four components.…”

“…An initial statement as to whether this negative impact is also transferred to the traction network has been accepted as the practical purpose of this work. The first results of numerical research carried out using two proprietary computational programs, developed based on algorithms described by the authors in the works, will be shown [3,4,5,6].…”

Upgrading the railway infrastructure technical parameters using the example of the Control-Command and Signalling subsystem with the EC verification certificate

“…Taking the described phenomena into account in the catenary computational model leads to a geometrically non-linear problem, consequently, the numerical integration scheme of the equations of motion becomes more complicated. Th e authors have proposed in [2] a method for solving non-linear equations of motion, which is based on an iterative determination of the non-linear forces compensating the infl uence of droppers up to zero, for the droppers which are identifi ed as subjected to compression in a given calculation step. Identifi cation of such droppers is performed on the basis of an observation of the relative displacement of both ends of each dropper.…”