INFLUENCE OF ROLLING STOCK VIBROACOUSTICAL PARAMETERS ON THE CHOICE OF RATIONAL VALUES OF LOCOMOTIVE RUNNING GEAR

Yu. V. Zelenko, L. O. Neduzha, A. O. Shvets

Abstract


Purpose.The success of the traffic on the railways of Ukraine depends on the number and the operational fleet of electric locomotives. Today, the locomotive depot exploit physically and morally outdated locomotives that have low reliability. Modernization of electric locomotives is not economically justified. The aim of this study is to improve the safety of the traction rolling stock by the frequency analysis of dynamical systems, which allows conducting the calculation of the natural (of resonant) frequencies of the design and related forms of vibrations.Methodology.The study was conducted by methods of analytical mechanics and mathematical modeling of operating loads of freight locomotive when driving at different speeds on the straight and curved track sections. The theoretical value of the work is the technique of choice of constructive schemes and rational parameters of perspective electric locomotive taking into account the electric inertia ratios and stiffness coefficients of Lagrange second-order equations.Findings. The problems of theoretical research and the development of a mathematical model of the spatial electric vibrations are solved. The theoretical studies of the effect of inertia ratios and stiffness coefficients on the dynamic values and the parameter values of electric locomotive undercarriages are presented.Originality.The set of developed regulations and obtained results is a practical solution to selecting rational parameters of bogies of the freight mainline locomotive for railways of Ukraine. A concept of choice of constructive scheme and rational parameters of perspective locomotive is formulated. It is developed the method of calculation of spatial electric locomotive oscillations to determine its dynamic performance. The software complex for processing the data of experimental studies of dynamic parameters of electric locomotive and comparing the results of the theoretical calculations with the data of full-scale tests is implemented.Practicalvalue.The theoretical study allows objectively assessing the impact of the partial frequency of electric locomotive elements on both the rational parameters of its underframe, and the performance and physiological condition of the locomotive crew. Thus, the practical value of the whole complex of theoretical research was to develop an algorithm and program, choosing rational parameters and design scheme of electric locomotive running gear. Using a software package for the study of spatial fluctuations of electric locomotive made it possible to evaluate the dynamic performance of the electric locomotive underframe with sufficient accuracy for practical problems. 


Keywords


inertial coefficients; stiffness coefficients; the Lagrange equations of second-order; freight electric locomotive, dynamic performance; dynamic load; spatial fluctuations; rational parameters

References


Verigo M.F., Kogan A.Ya. Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sostava [The interaction of track and rolling stock]. Moscow, Transport Publ., 1986. 560 p.

Lukhanin N.I., Myamlin S.V., Neduzhaya L.A., Shvets A.A. Dinamika gruzovykh vagonov s uchetom poperechnogo smeshcheniya telezhek [Freight cars dynamics, taking into account transversal displacement of the bogies]. Zbirnyk naukovyykh prats Donetskoho instytutu zaliznychnoho transportu [Proc. of Donetsk Institution of Railway Transport], 2012, issue 29, pp. 234-241.

Blokhin Ye.P., Danovich V.D., Korotenko M.L., Litvin V.A., Neduzhaya L.A., Reydemeyster O.G. Dinamicheskiye kharakteristiki i ratsionalnyye znacheniya parametrov khodovykh chastey elektrovoza DE1 [Dynamic characteristics and rational parameters of running parts of electric locomotive DE1]. Zbirnyk naukovykh prats: «Transport» [Proc. «Transport»], 2002, issue 11, pp. 8-16.

Yevstratov A.S. Ekipazhnyye chasti teplovozov [Vehicle-parts for locomotives]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1987. 136 p.

Zahalnoderzhavna prohrama adaptatsii zakonodavstva Ukrainy do zakonodavstva Yevropeiskoho Soiuzu [The nationwide program of adaptation of Ukrainian legislation to EU legislation]. Available at: http://search.ligazakon.ua/l_doc2.nsf/link1/T041629.html (Accessed 27 April 2016).

Zelenko Yu.V., Leshchynska A.L., Boichenko S.V. Rozrobka pryntsypiv i metodiv otsinky ekolohichnykh ryzykiv vynyknennia nadzvychainykh sytuatsii na zaliznychnomu transporti [Principles and estimation methods development of ecological risks initiation of emergency situations at railway transport]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho uniersytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 35, pp. 177-180.

Zelenko Yu.V., Myamlin S.V., Neduzhaya L.A. Sovremennyye podkhody k kontrolyu shuma ot podvizhnogo sostava i sozdaniyu shumovykh kart zheleznykh dorog [Modern approaches to the control of noise from rolling stock and the creation of noise maps of railways]. Transport Rossiyskoy Federatsii Transport of Russian Federation, 2015, no. 3 (58), pp. 50-53.

Kamayev A.A. Konstruktsiya, raschet i proyektirovaniye lokomotivov [Design, calculation and design of locomotives]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1981. 350 p.

Mirovoy rynok lokomotivov [The global market for locomotives]. Zheleznyye dorogi mira Railways of the World, 2010, no. 3, pp. 34-35.

Mirovoy rynok lokomotivov [The global market for electric locomotives]. Zheleznyye dorogi mira Railways of the World, 2010, no. 6, pp. 44-46.

Mizhnarodna orhanizatsiia zi standartyzatsii (ISO/TS 108/SC 2) ISO 14837-1:2005. Mekhanichna vibratsiia. Shum i vibratsiia, shcho vynykaiut v zemli pry rusi zaliznychnoho transportu. Chastyna 1. Zahalne kerivnytstvo [International Organization for Standardization (ISO/ТС 108/SC 2). ISO 14837-1:2005. Mechanical vibration. Noise and vibrations arising in the land at the motion of railway transport. Part 1. General guidance]. Kyiv, Derzhpozhyvstandart Ukrainy Publ., 2014. 45 p.

Mizhnarodna orhanizatsiia zi standartyzatsii (ISO/TS 108/SC 4) ISO 2631-4:2001. Vibratsiia ta udar mekhanichni. Otsinka vplyvu vibratsii vsoho tila na orhanizm liudyny. Chastyna 4. Nastanovy shchodo otsinky vplyvu vibratsii i obertalnoho rukhu na komfortnyi stan pasazhyriv ta bryhady na zaliznychnomu transporti [International Organization for Standardization (ISO/ТС 108/SC 4) ISO 2631-4:2001. Vibration and impact mechanical. Evaluation of vibration influence of the whole body on the human organism. Part 4. Guidelines for assessing the impact of vibration and rotational motion on the comfortable condition of passengers and crew on the railway transport]. Kyiv, Derzhpozhyvstandart Ukrainy Publ., 2016. 9 p.

Myamlin S.V., Pshinko A.N. Optimizatsiya parametrov ressornogo podveshivaniya relsovykh ekipazhey [Optimization of parameters of spring suspension of railway vehicles]. Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu imeni V. Dalia [Bulletin of East Ukrainian National University named after V. Dahl], 2003, no. 9 (67), pp. 79-85.

Myamlin S.V., Neduzhaya L.A. Perspektivy razvitiya rynka lokomotivov i ikh khodovykh chastey [Prospects for the development of the market of locomotives and their undercarriages]. Lokomotiv-inform Locomotive-Inform, 2014, no. 8, pp. 4-8.

Myamlin S.V. Programma modelirovaniya prostranstvennykh kolebaniy podvizhnogo sostava [The simulation program of spatial fluctuations of rolling stock]. Zaliznychnyi transport Ukrainy – Railway Transport of Ukraine, 2000, no. 3, pp. 52-54.

Myamlin S.V., Neduzhaya L.A. Sovershenstvovaniye konstruktsii khodovykh chastey lokomotivov [Improving the design of running parts of locomotives]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2013, no. 5 (47), pp. 124-136. doi: 10.15802/stp2013/17977.

Myamlin S.V., Zelenko Yu.V., Neduzha L.O. Parametrychna ekolohiia na zaliznychnomu transporti. Pryntsypy, otsinka, kontrol, bezpeka [Parametric environment in railway transport. Principles, assessment, monitoring, security]. Dnipropetrovsk, Litohraf Publ., 2014. 203 p.

Oleshkevich L.A., Lipovoy V.V. Shum i vibratsiya kak neblagopriyatnyye faktory vneshney sredy [Noise and vibration as adverse environmental factors]. Kyiv, Znaniye Publ., 1980. 24 p.

Postanova KMU «Prohrama onovlennia lokomotyvnoho parku zaliznyts Ukrainy na 2012-2016 roky» [Resolution of the Cabinet of Ministers in Ukraine «Program of updates of Locomotive Park of railways of Ukraine for 2012-2016»]. Available at: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/840-2011-%D0%BF 7 (Accessed 27 April 2016).

Roger Muller, Pau Gratacos, Pablo Mora. Definition of wheel maintenance measures for reducing ground vibration. Project co-funded by the European Commission within the Seventh Framework Programme. Available at: http://www.rivas-project.eu/fileadmin/documents/D2.7-Defini (Accessed 27 April 2016).

Raffler N., Ellegast R., Kraus T. , Ochsmann E. Factors affecting the perception of whole-body vibration of occupational drivers: an analysis of posture and manual materials handling and musculoskeletal disorders. Ergonomics, 2016, no. 1 (59), pp. 49-60. doi: 10.1080/00140139.2015.1051598.

Gabriel E. J., Chhatre U. P. Vibration Analysis of In-coach Rail Travel and its Effects on Health. Intern. Journal of Scientific & Engineering Research, 2013, no. 4 (4), pp. 764-769.

Myamlin S.V., Luchanin M.I., Neduzha L.A. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives. TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture, 2013, no. 3 (13), pp. 162-169.


GOST Style Citations


  1. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган. – Москва : Транспорт, 1986. – 560 с.
  2. Динамика грузовых вагонов с учетом попе-речного смещения тележек / Н. И. Луханин, С. В. Мямлин, Л. А. Недужая, А. А. Швец // Зб. наук. пр. / Донец. ін-т залізн. трансп. – Донецьк, 2012. – Вип. 29. – С. 234–241.
  3. Динамические характеристики и рациональные значения параметров ходовых частей элек-тровоза ДЭ1 / Е. П. Блохин, В. Д. Данович, М. Л. Коротенко [и др.] // Транспорт : зб. наук. пр. / Дніпропетр. ін-т залізн. трансп. – Дніпропетровськ, 2002. – Вип. 11. – С. 8–16.
  4. Евстратов, А. С. Экипажные части тепловозов / А. С. Евстратов. – Москва : Машиностроение, 1987. – 136 с.
  5. Загальнодержавна програма адаптації законодавства України до законодавства Євро-пейського Союзу [Електронний ресурс] : затв. Законом України №1629-IV від 18.03.2004 р. – Режим доступу: http://search.ligazakon.-ua/l_doc2.nsf/link1/T041629.html. – Назва з екрана. – Перевірено : 27.04.2016.
  6. Зеленько, Ю. В. Розробка принципів і методів оцінки екологічних ризиків виникнення надзвичайних ситуацій на залізничному транс-порті / Ю. В. Зеленько, А. Л. Лещинська, С. В. Бойченко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2010. – Вип. 35. – С. 177–180.
  7. Зеленько, Ю. В. Современные подходы к контролю шума от подвижного состава и созданию шумовых карт железных дорог / Ю. В. Зеленько, С. В. Мямлин, Л. А. Недужая // Транспорт Российской Федерации. – 2015. – № 3 (58). – С. 50–53.
  8. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов / под ред. А. А. Камаева. – Москва : Машиностроение, 1981. – 350 с.
  9. Мировой рынок локомотивов // Железные дороги мира. – 2010. – № 3. – С. 34–35.
  10. Мировой рынок электровозов // Железные дороги мира. – 2012. – № 6. – С. 44–46.
  11. Міжнародна організація зі стандартизації (ISO/ТС 108/SC 2) ISO 14837-1:2005. Механічна вібрація. Шум і вібрація, що виникають в землі при русі залізничного транспорту. Ч. 1. Загальне керівництво. – Надано чинності 2014-09-19. – Київ : Держспоживстандарт України, 2014. – 45 с.
  12. Міжнародна організація зі стандартизації (ISO/ТС 108/SC 4) ISO 2631-4:2001. Вібрація та удар механічні. Оцінка впливу вібрації всього тіла на організм людини. Ч. 4. Настанови щодо оцінки впливу вібрації і обертального руху на комфортний стан пасажирів та бригади на залізничному транспорті. – Надано чинності 2016-01-15. – Київ : Держспоживстандарт України, 2016. – 9 с.
  13. Мямлин, С. В. Оптимизация параметров рессорного подвешивания рельсовых экипажей / С. В. Мямлин, А. Н. Пшинько // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. – Луганськ, 2003. – Вип. 9 (67). – С. 79–85.
  14. Мямлин, С. В. Перспективы развития рынка локомотивов и их ходовых частей / С. В. Мямлин, Л. А. Недужая // Локомотив-информ. – 2014. – № 8. – С. 4–8.
  15. Мямлин, С. В. Программа моделирования пространственных колебаний подвижного состава / С. В. Мямлин // Залізн. транспорт України. – 2000. – № 3. – С. 52–54.
  16. Мямлин, С. В. Совершенствование конструкции ходовых частей локомотивов / С. В. Мямлин, Л. А. Недужая // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 5 (47). – С. 124–136. doi: 10.15802/stp2013/17977.
  17. Мямлін, С. В. Параметрична екологія на залізничному транспорті. Принципи, оцінка, контроль, безпека : монографія / С. В. Мямлін, Ю. В. Зеленько, Л. О. Недужа. – Дніпропетровськ : Літограф, 2014. – 203 с.
  18. Олешкевич, JI. A. Шум и вибрация как неблагоприятные факторы внешней среды / Л. А. Олешкевич, В. В. Липовой // Киев : Обво «Знание», 1980. – 24 с.
  19. Про затвердження Програми оновлення локомотивного парку залізниць України на 2012–2016 рр. : постанова КМУ від 01.08.2011 р. № 840. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/840-2011-%D0%BF 7. – Назва з екрана. – Перевірено : 27.04.2016.
  20. Definition of wheel maintenance measures for reducing ground vibration [Електронний ресурс] : Project co-funded by the European Commission within the Seventh Framework Programme / R. Muller, P. Gratacos, P. Mora [et al.]. – Режим доступу: http://www.rivas-project.eu/fileadmin/-documents/D2.7-Defini. – Назва з екрана. – Перевірено : 27.04.2016.
  21. Factors affecting the perception of whole-body vibration of occupational drivers: an analysis of posture and manual materials handling and musculoskeletal disorders / N. Raffler, R. Ellegast, T. Kraus, E. Ochsmann // Ergonomics. – 2016. – Vol. 59. – Iss. 1. – P. 48–60. doi: 10.1080/-00140139.2015.1051598.
  22. Gabriel, E. J. Vibration Analysis of In-coach Rail Travel and its Effects on Health / E. J. Gabriel, U. P. Chhatre // Intern. J. of Scientific & Engineering Research. – 2013. – Vol. 4, № 4. – P. 764–769.
  23. Myamlin, S. Construction Analysis of Mechanical Parts of Locomotives / S. Myamlin, M. Luchanin, L. Neduzha // TEKA Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. – 2013. – Vol. 13, № 3. – P. 162–169.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/74717

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)