Реферат: Разработка и исследования авторегулируемого токоприемника

Динамическое исследование авторегулируемого токопртемника в переходном режиме

В последние годы в связи с дальнейшим возрастанием скоростей движения электроподвижного состава актуальное значение приобретает динамическое исследование токоприемника для определения влияния отдельных параметров его на качество токосъема и оптимизации их. Одним из решений проблемы токосъма при высоких скоростях движения является применение двухступенчатого авторегулируемого токоприемника.

Данная статья посвящена динамическому исследованию авторегулируемых токоприемников в переходном режиме, т. е. когда одновременно срабатывают верхняя и нижняя ступени, и авторегулируемый токоприемник можно рассматривать как механизм с пятью степенями подвижности. Обобщенными координатами такого механизма будут горизонтальное х₀ и вертикальное у₀ перемещения основания токоприемника, угловое перемещение нижней системы j, абсолютное вертикальное перемещение верхнего шарнира В верхней системы у_В и абсолютное вертикальное перемещение подрессоренного полоза у_д .

Для динамического исследования переходного режима воспользуемся уравнением Лагранжа второго рода.

( 1.19)

где Т -кинетическая энергия токоприемника; П -потенциальная энергия упругих элементов;q_і — обобщенная координата; Q_i -отнесенная к обобщенной координате сила или момент.

Требуется определить приведенные к обобщенной координате силы и моменты. Для этого составим уравнение суммарной мощности всех действующих на токоприемник сил и моментов.

Воздействие кузова на основание токоприемника заменяем силой реакции R₀ ,составляющие которой . Сучетом этого суммарная мощность N

( 1.20)

где Р_N — контактное нажатие; аэродинамическая подъемная сила полоза; приведенная к точке В аэродинамическая подъемная сила верхней ступени; приведенная к точке В сила трения верхней ступени; Т_В — сила натяжения подъемных пружин верхней системы;

t_Ц — сила возвратной пружины пневмоцилиндра; Р_Ц — сила давления воздуха на поршень пневмоцилиндра; f_Ц — сила трения в пневмоцилиндре; М_тр.н — момент от сил трения на главных осях нижней ступени; М_аэ.н — момент на оси нижней ступени от аэродинамического воздействия встречного воздушного потока; G_п — масса полоза; G_l , G₂ , G₃ , G₄ , — масса звеньев; вертикальные скорости в точках соответственно А, В, Д, S., S₂ , S₃ , S₄ ; a — угол между стержнем AM и горизонталью; Q— угол между стержнем AM и рычагом подъемной пружины верхней системы.

Следует отметить, что в уравнении (2) знаки перед силами трения и f_Ц , а также моментом трения М_{тр . н} должны выбираться такими, чтобы мощности всегда были отрицательными, так как для их преодоления требуются дополнительные затраты энергии. Так, при движении верхней системы вниз (_в отрицательна), при движении поршня пневмоцилиндра справа налево (-отрицательна), а нижней системы по часовой стрелке (jотрицательна) они берутся со знаком плюс, при противоположных направлениях движения — со знаком минус. При движении электроподвижного состава в указанном на рис.13 направлении (влево) М_{аэ . н} нужно брать со знаком минус, в противоположном направлении — со знаком плюс.

Параметры пружины (ее жесткость с, длина рычага r и угол Q между рычагами пружин и нижних рам) подбираются так, что момент от сил натяжения Т_В относительно главных осей верхней ступени при любой рабочей высоте уравновешивает момент относительно этих же осей от сил массы звеньев и полоза, а также некоторой оптимальной силы статического нажатияР_сm , приложенной в точке В.На основании этого из построенного повернутого плана скоростей верхней ступени ( рис. 14 ) с применением теоремы Жуковского сумма всех моментов относительно точки Р равна

Умножив обе части этого уравнения на масштаб плана скоростей и приняв во внимание, что

получим

Если в этом выражении все скорости выразить через обобщенные скорости, то после соответствующих математических преобразований

где R_ц - длина рычага, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра; — угол между стержнем нижней подвижной системы и рычагом, к которому присоединен шатун от пневмоцилиндра; d —угол между штоком пневмоцилиндра и шатуном; l- отношение расстояния между шарниром О и центром масс S₁ стержня нижней ступени к полной длине этого стержня l₁ .

В этом выражении коэффициент перед обобщенными скоростями представляет собой силы, приведенные к соответствующим обобщенным координатам, входящим в уравнение Лагранжа второго рода, т. е.:

где G_{B .С} — полная масса верхней ступени с подвижным основанием

G_{B . C} =G_П +2G₄ +2G₃ +G₂