A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic
Purpose. The paper aims to develop a spatial mathematical model of the high-speed electric train EKr-1 “Tarpan” taking into account the design features of its first and second stages of spring suspension. Methodology. The design scheme of the electric train is taken as a set of 7 solids connected by...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Nauka ta progres transportu 2024-12 (4(108)), p.55-66 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | eng |
| Online-Zugang: | Volltext |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| container_end_page | 66 |
|---|---|
| container_issue | 4(108) |
| container_start_page | 55 |
| container_title | Nauka ta progres transportu |
| container_volume | |
| creator | Kuzyshyn, A. Ya Kovalchuk, V. V. Sobolevska, Yu. H. |
| description | Purpose. The paper aims to develop a spatial mathematical model of the high-speed electric train EKr-1 “Tarpan” taking into account the design features of its first and second stages of spring suspension. Methodology. The design scheme of the electric train is taken as a set of 7 solids connected by ligaments of different rheology. Each of the bodies performs spatial oscillations. In this case, the wheel set is considered as a system with two degrees of freedom (lateral displacement and wagging). The angular and linear displacements of the bodies are considered as generalized coordinates. The resulting mechanical system has 26 degrees of freedom. The differential equations of motion are written using the d'Alembert principle. The kinematic perturbation of oscillations due to movement along unevennesses of the track in both vertical and horizontal directions is considered. The presence of elastic and dissipative viscosities is taken into account in the first and second stages of the spring suspension. The hypothesis of geometric linearity of deformations is accepted. The reactions acting in the longitudinal (in the wheel plane) and transverse directions are taken into account at the point of contact between the wheel and the rail. The longitudinal and transverse reactions are quantitatively described by the nonlinear creep hypothesis. The modeling of hydraulic vibration dampers takes into account their inclined location, which makes it possible to dampen vibrations in the vertical and horizontal directions. Findings. The spatial design scheme of the studied object was chosen. The geometric dependences between the deformations of the ligaments and the generalized coordinates of the design scheme are obtained. The physical dependencies between the reactions of the ties and their deformations are described, taking into account the pneumatic spring suspension system. The differential equations of oscillations for each element of the design scheme are derived. Originality. For the first time, a spatial mathematical model of the dynamic behavior of high-speed railroad rolling stock was constructed, taking into account the peculiarities of the pneumatic spring suspension system, the location of the bindings, and the interaction of the wheelset with the rail track in the vertical and horizontal directions, both in straight and curved sections of the railroad track. Practical value. The development of such a model will make it possible to numerically study its dynam |
| doi_str_mv | 10.15802/stp2024/318409 |
| format | Article |
| fullrecord | <record><control><sourceid>crossref</sourceid><recordid>TN_cdi_crossref_primary_10_15802_stp2024_318409</recordid><sourceformat>XML</sourceformat><sourcesystem>PC</sourcesystem><sourcerecordid>10_15802_stp2024_318409</sourcerecordid><originalsourceid>FETCH-crossref_primary_10_15802_stp2024_3184093</originalsourceid><addsrcrecordid>eNqVj81uwjAQhK2qlYqAc6_7AmnWP6Xh2D_EhQvJ3TLGJgYnjuyoEm_fBPICncvOjHYOHyEvFF_pW4EsT33HkImc00Lg-oHMGMf3bDXocfJcFOtnskzpjIiUCyaK1YwcPqDsVO-Uh53qa9MMXo8hHI2HYGHo4PvaqsZp-DS1-nUhjv34EFvYB-9de4KyD_oCroWtO9VZ2RlzhCoqa51ekCerfDLL6c5JvvmpvraZjiGlaKzsomtUvEqK8kYjJxp5p-H_X_wB2G5SAA</addsrcrecordid><sourcetype>Aggregation Database</sourcetype><iscdi>true</iscdi><recordtype>article</recordtype></control><display><type>article</type><title>A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic</title><source>DOAJ Directory of Open Access Journals</source><source>EZB-FREE-00999 freely available EZB journals</source><creator>Kuzyshyn, A. Ya ; Kovalchuk, V. V. ; Sobolevska, Yu. H.</creator><creatorcontrib>Kuzyshyn, A. Ya ; Kovalchuk, V. V. ; Sobolevska, Yu. H.</creatorcontrib><description>Purpose. The paper aims to develop a spatial mathematical model of the high-speed electric train EKr-1 “Tarpan” taking into account the design features of its first and second stages of spring suspension. Methodology. The design scheme of the electric train is taken as a set of 7 solids connected by ligaments of different rheology. Each of the bodies performs spatial oscillations. In this case, the wheel set is considered as a system with two degrees of freedom (lateral displacement and wagging). The angular and linear displacements of the bodies are considered as generalized coordinates. The resulting mechanical system has 26 degrees of freedom. The differential equations of motion are written using the d'Alembert principle. The kinematic perturbation of oscillations due to movement along unevennesses of the track in both vertical and horizontal directions is considered. The presence of elastic and dissipative viscosities is taken into account in the first and second stages of the spring suspension. The hypothesis of geometric linearity of deformations is accepted. The reactions acting in the longitudinal (in the wheel plane) and transverse directions are taken into account at the point of contact between the wheel and the rail. The longitudinal and transverse reactions are quantitatively described by the nonlinear creep hypothesis. The modeling of hydraulic vibration dampers takes into account their inclined location, which makes it possible to dampen vibrations in the vertical and horizontal directions. Findings. The spatial design scheme of the studied object was chosen. The geometric dependences between the deformations of the ligaments and the generalized coordinates of the design scheme are obtained. The physical dependencies between the reactions of the ties and their deformations are described, taking into account the pneumatic spring suspension system. The differential equations of oscillations for each element of the design scheme are derived. Originality. For the first time, a spatial mathematical model of the dynamic behavior of high-speed railroad rolling stock was constructed, taking into account the peculiarities of the pneumatic spring suspension system, the location of the bindings, and the interaction of the wheelset with the rail track in the vertical and horizontal directions, both in straight and curved sections of the railroad track. Practical value. The development of such a model will make it possible to numerically study its dynamic and safety performance in high-speed traffic conditions at the design stage of high-speed railroad rolling stock and to establish the optimal parameters of the first and second stages of spring suspension, while setting various kinds of kinematic disturbances from the rail track.
Мета. У роботі передбачено розробити просторову математичну модель швидкісного електропоїзда ЕКр–1 «Тарпан» із врахуванням конструкційних особливостей його першого та другого ступенів ресорного підвішування. Методика. Узято розрахункову схему електропоїзда як сукупність 7 твердих тіл, з’єднаних в’язями різної реології. Кожне з тіл здійснює просторові коливання. При цьому колісну пару розглянуто як систему з двома ступенями вільності (боковий винос та виляння). Як узагальнені координати розглянуто кутові та лінійні переміщення тіл. Отримана механічна система має 26 ступенів вільності. Диференціальні рівняння руху записано за допомогою принципу д’Аламбера. Розглянуто кінематичне збурення коливань унаслідок руху по нерівностях колії як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямках. У першому та другому ступенях ресорного підвішування враховано наявність пружних і дисипативних в’язей. Прийнято гіпотезу геометричної лінійності деформацій. У місці контакту колеса та рейки враховано реакції, що діють у поздовжньому (у площині колеса) та в поперечному напрямках. Кількісно поздовжні та поперечні реакції описують нелінійною гіпотезою крипу. Під час моделювання гідравлічних гасників коливань враховано їх похиле розташування, що дає можливість демпфувати коливання у вертикальному та горизонтальному напрямках. Результати. Обрано просторову розрахункову схему досліджуваного об’єкта. Отримано геометричні залежності між деформаціями в’язей та узагальненими координатами розрахункової схеми. Описано фізичні залежності між реакціями в’язей та їх деформаціями, із врахуванням пневматичної системи ресорного підвішування. Складено диференціальні рівняння коливань для кожного елемента розрахункової схеми. Наукова новизна. Уперше побудовано просторову математичну модель динамічної поведінки швидкісного рухомого складу залізниці з урахуванням особливостей роботи пневматичної системи ресорного підвішування, розташування в’язей та взаємодії колісної пари з рейковою колією у вертикальному та горизонтальному напрямках як у прямих, так і в кривих ділянках залізничної колії. Практична значимість. Розробка такої моделі дозволить на етапі проєктування швидкісного рухомого складу залізниці чисельно досліджувати його динамічні показники та показники безпеки руху в умовах швидкісного руху та встановлювати оптимальні параметри в’язей першого та другого ступенів ресорного підвішування, задаючи при цьому різного роду кінематичні збурення з боку рейкової колії.</description><identifier>ISSN: 2307-3489</identifier><identifier>EISSN: 2307-6666</identifier><identifier>DOI: 10.15802/stp2024/318409</identifier><language>eng</language><ispartof>Nauka ta progres transportu, 2024-12 (4(108)), p.55-66</ispartof><lds50>peer_reviewed</lds50><woscitedreferencessubscribed>false</woscitedreferencessubscribed><orcidid>0000-0002-8087-2014 ; 0000-0002-3012-5395 ; 0000-0003-4350-1756</orcidid></display><links><openurl>$$Topenurl_article</openurl><openurlfulltext>$$Topenurlfull_article</openurlfulltext><thumbnail>$$Tsyndetics_thumb_exl</thumbnail><link.rule.ids>314,780,784,864,27923,27924</link.rule.ids></links><search><creatorcontrib>Kuzyshyn, A. Ya</creatorcontrib><creatorcontrib>Kovalchuk, V. V.</creatorcontrib><creatorcontrib>Sobolevska, Yu. H.</creatorcontrib><title>A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic</title><title>Nauka ta progres transportu</title><description>Purpose. The paper aims to develop a spatial mathematical model of the high-speed electric train EKr-1 “Tarpan” taking into account the design features of its first and second stages of spring suspension. Methodology. The design scheme of the electric train is taken as a set of 7 solids connected by ligaments of different rheology. Each of the bodies performs spatial oscillations. In this case, the wheel set is considered as a system with two degrees of freedom (lateral displacement and wagging). The angular and linear displacements of the bodies are considered as generalized coordinates. The resulting mechanical system has 26 degrees of freedom. The differential equations of motion are written using the d'Alembert principle. The kinematic perturbation of oscillations due to movement along unevennesses of the track in both vertical and horizontal directions is considered. The presence of elastic and dissipative viscosities is taken into account in the first and second stages of the spring suspension. The hypothesis of geometric linearity of deformations is accepted. The reactions acting in the longitudinal (in the wheel plane) and transverse directions are taken into account at the point of contact between the wheel and the rail. The longitudinal and transverse reactions are quantitatively described by the nonlinear creep hypothesis. The modeling of hydraulic vibration dampers takes into account their inclined location, which makes it possible to dampen vibrations in the vertical and horizontal directions. Findings. The spatial design scheme of the studied object was chosen. The geometric dependences between the deformations of the ligaments and the generalized coordinates of the design scheme are obtained. The physical dependencies between the reactions of the ties and their deformations are described, taking into account the pneumatic spring suspension system. The differential equations of oscillations for each element of the design scheme are derived. Originality. For the first time, a spatial mathematical model of the dynamic behavior of high-speed railroad rolling stock was constructed, taking into account the peculiarities of the pneumatic spring suspension system, the location of the bindings, and the interaction of the wheelset with the rail track in the vertical and horizontal directions, both in straight and curved sections of the railroad track. Practical value. The development of such a model will make it possible to numerically study its dynamic and safety performance in high-speed traffic conditions at the design stage of high-speed railroad rolling stock and to establish the optimal parameters of the first and second stages of spring suspension, while setting various kinds of kinematic disturbances from the rail track.
Мета. У роботі передбачено розробити просторову математичну модель швидкісного електропоїзда ЕКр–1 «Тарпан» із врахуванням конструкційних особливостей його першого та другого ступенів ресорного підвішування. Методика. Узято розрахункову схему електропоїзда як сукупність 7 твердих тіл, з’єднаних в’язями різної реології. Кожне з тіл здійснює просторові коливання. При цьому колісну пару розглянуто як систему з двома ступенями вільності (боковий винос та виляння). Як узагальнені координати розглянуто кутові та лінійні переміщення тіл. Отримана механічна система має 26 ступенів вільності. Диференціальні рівняння руху записано за допомогою принципу д’Аламбера. Розглянуто кінематичне збурення коливань унаслідок руху по нерівностях колії як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямках. У першому та другому ступенях ресорного підвішування враховано наявність пружних і дисипативних в’язей. Прийнято гіпотезу геометричної лінійності деформацій. У місці контакту колеса та рейки враховано реакції, що діють у поздовжньому (у площині колеса) та в поперечному напрямках. Кількісно поздовжні та поперечні реакції описують нелінійною гіпотезою крипу. Під час моделювання гідравлічних гасників коливань враховано їх похиле розташування, що дає можливість демпфувати коливання у вертикальному та горизонтальному напрямках. Результати. Обрано просторову розрахункову схему досліджуваного об’єкта. Отримано геометричні залежності між деформаціями в’язей та узагальненими координатами розрахункової схеми. Описано фізичні залежності між реакціями в’язей та їх деформаціями, із врахуванням пневматичної системи ресорного підвішування. Складено диференціальні рівняння коливань для кожного елемента розрахункової схеми. Наукова новизна. Уперше побудовано просторову математичну модель динамічної поведінки швидкісного рухомого складу залізниці з урахуванням особливостей роботи пневматичної системи ресорного підвішування, розташування в’язей та взаємодії колісної пари з рейковою колією у вертикальному та горизонтальному напрямках як у прямих, так і в кривих ділянках залізничної колії. Практична значимість. Розробка такої моделі дозволить на етапі проєктування швидкісного рухомого складу залізниці чисельно досліджувати його динамічні показники та показники безпеки руху в умовах швидкісного руху та встановлювати оптимальні параметри в’язей першого та другого ступенів ресорного підвішування, задаючи при цьому різного роду кінематичні збурення з боку рейкової колії.</description><issn>2307-3489</issn><issn>2307-6666</issn><fulltext>true</fulltext><rsrctype>article</rsrctype><creationdate>2024</creationdate><recordtype>article</recordtype><recordid>eNqVj81uwjAQhK2qlYqAc6_7AmnWP6Xh2D_EhQvJ3TLGJgYnjuyoEm_fBPICncvOjHYOHyEvFF_pW4EsT33HkImc00Lg-oHMGMf3bDXocfJcFOtnskzpjIiUCyaK1YwcPqDsVO-Uh53qa9MMXo8hHI2HYGHo4PvaqsZp-DS1-nUhjv34EFvYB-9de4KyD_oCroWtO9VZ2RlzhCoqa51ekCerfDLL6c5JvvmpvraZjiGlaKzsomtUvEqK8kYjJxp5p-H_X_wB2G5SAA</recordid><startdate>20241217</startdate><enddate>20241217</enddate><creator>Kuzyshyn, A. Ya</creator><creator>Kovalchuk, V. V.</creator><creator>Sobolevska, Yu. H.</creator><scope>AAYXX</scope><scope>CITATION</scope><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-8087-2014</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-3012-5395</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0003-4350-1756</orcidid></search><sort><creationdate>20241217</creationdate><title>A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic</title><author>Kuzyshyn, A. Ya ; Kovalchuk, V. V. ; Sobolevska, Yu. H.</author></sort><facets><frbrtype>5</frbrtype><frbrgroupid>cdi_FETCH-crossref_primary_10_15802_stp2024_3184093</frbrgroupid><rsrctype>articles</rsrctype><prefilter>articles</prefilter><language>eng</language><creationdate>2024</creationdate><toplevel>peer_reviewed</toplevel><toplevel>online_resources</toplevel><creatorcontrib>Kuzyshyn, A. Ya</creatorcontrib><creatorcontrib>Kovalchuk, V. V.</creatorcontrib><creatorcontrib>Sobolevska, Yu. H.</creatorcontrib><collection>CrossRef</collection><jtitle>Nauka ta progres transportu</jtitle></facets><delivery><delcategory>Remote Search Resource</delcategory><fulltext>fulltext</fulltext></delivery><addata><au>Kuzyshyn, A. Ya</au><au>Kovalchuk, V. V.</au><au>Sobolevska, Yu. H.</au><format>journal</format><genre>article</genre><ristype>JOUR</ristype><atitle>A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic</atitle><jtitle>Nauka ta progres transportu</jtitle><date>2024-12-17</date><risdate>2024</risdate><issue>4(108)</issue><spage>55</spage><epage>66</epage><pages>55-66</pages><issn>2307-3489</issn><eissn>2307-6666</eissn><abstract>Purpose. The paper aims to develop a spatial mathematical model of the high-speed electric train EKr-1 “Tarpan” taking into account the design features of its first and second stages of spring suspension. Methodology. The design scheme of the electric train is taken as a set of 7 solids connected by ligaments of different rheology. Each of the bodies performs spatial oscillations. In this case, the wheel set is considered as a system with two degrees of freedom (lateral displacement and wagging). The angular and linear displacements of the bodies are considered as generalized coordinates. The resulting mechanical system has 26 degrees of freedom. The differential equations of motion are written using the d'Alembert principle. The kinematic perturbation of oscillations due to movement along unevennesses of the track in both vertical and horizontal directions is considered. The presence of elastic and dissipative viscosities is taken into account in the first and second stages of the spring suspension. The hypothesis of geometric linearity of deformations is accepted. The reactions acting in the longitudinal (in the wheel plane) and transverse directions are taken into account at the point of contact between the wheel and the rail. The longitudinal and transverse reactions are quantitatively described by the nonlinear creep hypothesis. The modeling of hydraulic vibration dampers takes into account their inclined location, which makes it possible to dampen vibrations in the vertical and horizontal directions. Findings. The spatial design scheme of the studied object was chosen. The geometric dependences between the deformations of the ligaments and the generalized coordinates of the design scheme are obtained. The physical dependencies between the reactions of the ties and their deformations are described, taking into account the pneumatic spring suspension system. The differential equations of oscillations for each element of the design scheme are derived. Originality. For the first time, a spatial mathematical model of the dynamic behavior of high-speed railroad rolling stock was constructed, taking into account the peculiarities of the pneumatic spring suspension system, the location of the bindings, and the interaction of the wheelset with the rail track in the vertical and horizontal directions, both in straight and curved sections of the railroad track. Practical value. The development of such a model will make it possible to numerically study its dynamic and safety performance in high-speed traffic conditions at the design stage of high-speed railroad rolling stock and to establish the optimal parameters of the first and second stages of spring suspension, while setting various kinds of kinematic disturbances from the rail track.
Мета. У роботі передбачено розробити просторову математичну модель швидкісного електропоїзда ЕКр–1 «Тарпан» із врахуванням конструкційних особливостей його першого та другого ступенів ресорного підвішування. Методика. Узято розрахункову схему електропоїзда як сукупність 7 твердих тіл, з’єднаних в’язями різної реології. Кожне з тіл здійснює просторові коливання. При цьому колісну пару розглянуто як систему з двома ступенями вільності (боковий винос та виляння). Як узагальнені координати розглянуто кутові та лінійні переміщення тіл. Отримана механічна система має 26 ступенів вільності. Диференціальні рівняння руху записано за допомогою принципу д’Аламбера. Розглянуто кінематичне збурення коливань унаслідок руху по нерівностях колії як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямках. У першому та другому ступенях ресорного підвішування враховано наявність пружних і дисипативних в’язей. Прийнято гіпотезу геометричної лінійності деформацій. У місці контакту колеса та рейки враховано реакції, що діють у поздовжньому (у площині колеса) та в поперечному напрямках. Кількісно поздовжні та поперечні реакції описують нелінійною гіпотезою крипу. Під час моделювання гідравлічних гасників коливань враховано їх похиле розташування, що дає можливість демпфувати коливання у вертикальному та горизонтальному напрямках. Результати. Обрано просторову розрахункову схему досліджуваного об’єкта. Отримано геометричні залежності між деформаціями в’язей та узагальненими координатами розрахункової схеми. Описано фізичні залежності між реакціями в’язей та їх деформаціями, із врахуванням пневматичної системи ресорного підвішування. Складено диференціальні рівняння коливань для кожного елемента розрахункової схеми. Наукова новизна. Уперше побудовано просторову математичну модель динамічної поведінки швидкісного рухомого складу залізниці з урахуванням особливостей роботи пневматичної системи ресорного підвішування, розташування в’язей та взаємодії колісної пари з рейковою колією у вертикальному та горизонтальному напрямках як у прямих, так і в кривих ділянках залізничної колії. Практична значимість. Розробка такої моделі дозволить на етапі проєктування швидкісного рухомого складу залізниці чисельно досліджувати його динамічні показники та показники безпеки руху в умовах швидкісного руху та встановлювати оптимальні параметри в’язей першого та другого ступенів ресорного підвішування, задаючи при цьому різного роду кінематичні збурення з боку рейкової колії.</abstract><doi>10.15802/stp2024/318409</doi><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-8087-2014</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0002-3012-5395</orcidid><orcidid>https://orcid.org/0000-0003-4350-1756</orcidid></addata></record> |
| fulltext | fulltext |
| identifier | ISSN: 2307-3489 |
| ispartof | Nauka ta progres transportu, 2024-12 (4(108)), p.55-66 |
| issn | 2307-3489 2307-6666 |
| language | eng |
| recordid | cdi_crossref_primary_10_15802_stp2024_318409 |
| source | DOAJ Directory of Open Access Journals; EZB-FREE-00999 freely available EZB journals |
| title | A Spatial Mathematical Model of the Dynamic Behavior of Modern Rolling Stock in High-Speed Traffic |
| url | https://sfx.bib-bvb.de/sfx_tum?ctx_ver=Z39.88-2004&ctx_enc=info:ofi/enc:UTF-8&ctx_tim=2025-01-10T10%3A21%3A38IST&url_ver=Z39.88-2004&url_ctx_fmt=infofi/fmt:kev:mtx:ctx&rfr_id=info:sid/primo.exlibrisgroup.com:primo3-Article-crossref&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:journal&rft.genre=article&rft.atitle=A%20Spatial%20Mathematical%20Model%20of%20the%20Dynamic%20Behavior%20of%20Modern%20Rolling%20Stock%20in%20High-Speed%20Traffic&rft.jtitle=Nauka%20ta%20progres%20transportu&rft.au=Kuzyshyn,%20A.%20Ya&rft.date=2024-12-17&rft.issue=4(108)&rft.spage=55&rft.epage=66&rft.pages=55-66&rft.issn=2307-3489&rft.eissn=2307-6666&rft_id=info:doi/10.15802/stp2024/318409&rft_dat=%3Ccrossref%3E10_15802_stp2024_318409%3C/crossref%3E%3Curl%3E%3C/url%3E&disable_directlink=true&sfx.directlink=off&sfx.report_link=0&rft_id=info:oai/&rft_id=info:pmid/&rfr_iscdi=true |