Devising a procedure to choose optimal parameters for the electromechanical shock absorber for a subway car

Abstract

Для запропонованої конструкцiї електромеханiчного амортизатору розроблено методика визначення основних розрахункових параметрiв. Методика основана на спрощенiй математичнiй моделi по визначенню електромагнiтної та електрорушiйної сили електромеханiчного амортизатору. Особливiстю моделi є урахування режимiв роботи постiйного магнiту на основi розрахунку магнiтного кола. Створення модель дозволяє проводити приблизний розрахунок режимiв роботи амортизатора та може бути використана у вирiшеннi задачi оптимiзацiї параметрiв електроамортизатору. Проведено перевiрка адекватностi розробленої спрощеної математичної моделi шляхом порiвняння результатiв розрахунку механiчної характеристики амортизатора за спрощеною методикою та методом кiнцевих елементiв в аксиально-симетричнiй постановцi задачi. Отримано наявне добре спiвпадiння результатiв розрахункiв за спрощеною методикою та шляхом моделювання магнiтного поля за методом скiнченних елементiв. Визначеннi геометричнi спiввiдношення мiж елементами конструкцiї, якi забезпечують оптимальне рiвномiрне магнiтне навантаження в елементах магнiтопроводу. Проведена постановка задачi умовної двокритерiальної оптимiзацiї параметрiв електромеханiчного амортизатору. Обранi обмеження, що подiлено на три наступнi категорiї. Обмеження за розмагнiченням постiйного магнiту, що дозволяють зберегти працездатнiсть постiйного магнiту. Обмеження за щiльнiстю струму, яке забезпечує тепловi режими роботи амортизатору. Компоновочнi обмеження та обмеження на параметри задачi оптимiзацiї, що забезпечують розмiщення конструкцiї у ходовiй частинi вiзка. Запропоновано у якостi критерiїв обрати приведений об'єм амортизатору, що обумовлює затрати на створення амортизатору та його ККД, який обумовлює рекуперовану енергiю коливань. Проведено згортку параметрiв до єдиної цiльової функцiї затрат та обранi ваговi коефiцiєнти. У якостi метода оптимiзацiї обрано комбiнований метод, що включає в себе генетичний алгоритм, на попередньому етапi пошуку. На завершальному етапi оптимiзацiйної процедури уточнення оптимуму здiйснюється методом Нелдера-Мiда. За результатами вирiшення задачi оптимiзацiї параметрiв амортизатору визначенi оптимальнi геометричнi розмiри та кiлькiсть виткiв обмотки електромеханiчного амортизатору Ключовi слова: електромеханiчний амортизатор, метровагон, магнiт, згортка параметрiв, генетичний алгоритм, метод Нелдера-Мiда

Procedure for modeling dynamic processes of the electromechanical shock absorber in a subway car

“…Analysis of various types of electromechanical shock absorbers used by vehicles was carried out in paper [2]. It was noted that when choosing the type of an electromechanical transducer for the shock absorber, among the currently known types -asynchronous, synchronous, electromagnetic, and direct current -the best option is the latter [6,7].…”

“…Study [2] proposed a structure of the electromechanical shock absorber for a subway car, shown in Fig. 1.…”

“…An alternative approach to improving the dynamic indicators of the running gear of electric rolling stock is the use of electromechanical shock absorbers [2]. These shock absorbers make it possible to recuperate part of the energy of oscillations into electrical energy providing for the subsequent possibility of using it by rolling stock.…”

“…Employing electromechanical converters as shock absorber contributes to the improved efficiency of electric rolling stock operation in general, owing to the possibility to control the force of damping. In this case, there is the possibility to recuperate electrical energy into the network; in contrast to using other types of shock absorbers [2].…”

“…The shock absorbers, considered above, make it possible to damp oscillations that are created at urban electric transport motion; however, adjusting their parameters at different loading of cars is impossible. The use of pneumatic springs enables adjusting the parameters for damping, depending on the loading of a car and the magnitude of external influences, however, the pneumatic suspension requires additional energy cost and capacities of the pneumatic system [2]. that predetermine its capability to operate in the systems of spring suspension.…”