The non-uniform elasticity of the railway track and its considering in mathematical models of rolling stock of JSC «Russian Railways»

Authors

  • Victor Alexeevich Nekhaev Omsk State Transport University
  • Elena Gennad'evna Leonenko Krasnoyarsk Rail Transport Institute – Branch of the Irkutsk State Transport University

Keywords:

railway track, rolling stock, track stiffness, wheelset bouncing, lateral pitching, mathematical model, track non-uniform elasticity

Abstract

The problem of interaction between rolling stock and railway track is relevant and important for railway transport. To date, it has not been fully solved, apparently due to the complexity of the corresponding mathematical models. To solve this problem, it is necessary to change the paradigm of mathematical models, moving from ordinary differential equations to ordinary differential equations with random coefficients. Most researchers in the calculations of the dynamics of the interaction between the railway track and rolling stock, the vertical rigidity of the track is assumed to be a constant value in the longitudinal direction, which is not true. Even in the case of a «velvet» track, its non-uniform elasticity exists, the stiffness above the sleeper and in the inter-sleeper box, according to professors M.F. Verigo and A.Ya. Kogan, differ on the basis of experimental data from All-Union Scientific and Research Institute of Railway Transport. It is also necessary to take into account that the stiffnesses of the left and right wheels are not identical. In the new paradigm of ordinary differential equations with variable, random or parametric coefficients, the concepts of resonance and stability are changing. From the above calculations, it can be seen that with taking into account gravity in the calculations and the parameters of the rolling stock, as well as the stiffness of the track under the left and right wheels, the values of bouncing and lateral pitching increase significantly with increasing speed, which can lead to unloading of the wheel, and as a consequence - to its crawling onto the rail head.

Author Biographies

Victor Alexeevich Nekhaev, Omsk State Transport University

Doctor of Engineering Science, Full Professor, Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics

Elena Gennad'evna Leonenko, Krasnoyarsk Rail Transport Institute – Branch of the Irkutsk State Transport University

Lecturer of the Electromechanical Department

References

Медель В.Б. Взаимодействие электровоза и пути. М. : Трансжелдориздат, 1956. 335 с.

Медель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика. М. : Транспорт, 1974. 232 с.

Кильчевский Н.А. Курс теоретической механики. Т 2. Динамика системы, аналитическая механика, элементы теории потенциала, механики сплошной среды, специальной и общей теории относительности. М. : Наука, 1977. 543 с.

Вибрации в технике: справочник. В 6 т. Т. 1: колебания линейных систем. М. : Машиностроение, 1978. 352 с.

Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. М. : ГИТТЛ, 1956. 600 с.

Шмидт Г. Параметрические колебания. М. : Мир, 1978. 336 с.

Каннингхэм У.Дж. Введение в теорию нелинейных систем. М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1962. 456 с.

Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью // Математический сборник. 1960. Т. 51. № 1. С. 99–128.

Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М. : Транспорт, 1986. 558 с.

Пахомов М.П., Нехаев В.А. К вопросу о параметрических колебаниях подвижного состава // Вопросы улучшения тяговых, энергетических и эксплуатационных свойств электровозов : сб. ст. Свердловск, 1978. № 59. С. 91–96.

Пахомов М.П., Галиев И.И., Нехаев В.А. Математическая модель колебаний тележки локомотива при движении по неравноупругому вдоль рельсового звена пути // Взаимодействие подвижного состава и пути и динамика локомотивов дорог Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера : межвуз. тем. сб. науч. тр. Омск, 1981. С. 9–15.

Механическая часть тягового подвижного состава / И.В. Бирюков, А.Н. Савоськин, Г.П. Бурчак и др. М. : Транспорт, 1992. 440 с.

Фришман М.А., Леванков И.С. Исследование особенностей изменения вертикальной жесткости пути по его длине // Исследование взаимодействия пути и подвижного состава : мезвуз. сб. науч. тр. Днепропетровск, 1972. № 138. С. 48–57.

Фришман М.А., Леванков И.С. Об особенностях изменения вертикальной жёсткости вдоль пути с тяжёлым типом верхнего строения // Науч. тр. ДИИТа. 1973. № 142. С. 3–10.

Фришман М.А., Липовский Р.С., Данович В.Д. Экспериментальное определение частотных характеристик рель-сошпальной решётки // Исследование взаимодействия пути и подвижного состава : мезвуз. сб. науч. тр. Днепропетровск, 1978. № 198/20. С. 3–11.

Бурчак Г.П. Колебания неподрессоренной массы на неравноупругом пути с неровностью // Тр. Акад. коммун. хоз-ва им. К.Д. Панфилова. 1980. Вып. 175. С. 84–98.

Панькин Н.А., Стесин И.М., Ценов В.П. Колебательные движения экипажей при параметрическом возмущении // Вестник ВНИИЖТ. 1978. № 1. С. 27–30.

Панькин Н.А., Стесин И.М., Беленькая Ю.Г. Вертикальные колебания экипажа, возникающие при движении по нерав-ноупругому пути // Тр. МИИТ. Прикладная математика и задачи железнодорожного транспорта : межвуз. сб. М., 1979. № 640. С. 24–32.

Published

2023-11-03

How to Cite

Нехаев, В. А., & Леоненко, Е. Г. (2023). The non-uniform elasticity of the railway track and its considering in mathematical models of rolling stock of JSC «Russian Railways». Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (3(79), 97-111. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/1429