Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

An influence of track stiffness discontinuity on pantograph base vibrations and catenary–pantograph dynamic interaction

Bryja Danuta, Hyliński Adam

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2020

|

Vol. 42, nr 2

111-124

EN

In this article, the computational methodology of the catenary–train–track system vibration analysis is presented and used to estimate the influence of vehicle body vibrations on the pantograph–catenary dynamic interaction. This issue is rarely referred in the literature, although any perturbations appearing at the pantograph–catenary interface are of great importance for high-speed railways. Vehicle body vibrations considered in this article are induced by the passage of train through the track stiffness discontinuity, being a frequent cause of significant dynamic effects. First, the most important assumptions of the computational model are presented, including the general idea of decomposing catenary–train–track dynamic system into two main subsystems and the concept of one-way coupling between them. Then, the pantograph base vibrations calculated for two train speeds (60 m/s, 100 m/s) and two cases of track discontinuity (a sudden increase and a sudden decrease in the stiffness of track substrate) are analyzed. Two cases of the railway vehicle suspension are considered – a typical two-stage suspension and a primary suspension alone. To evaluate catenary–pantograph dynamic interaction, the dynamic uplift of the contact wire at steady arm and the pantograph contact force is computed. It is demonstrated that an efficiency of the two-stage suspension grows with the train speed; hence, such vehicle suspension effectively suppresses strong sudden shocks of vehicle body, appearing while the train passes through the track stiffness discontinuity at a high speed. In a hypothetical case when the one-stage vehicle suspension is used, the pantograph base vibrations may increase the number of contact loss events at the catenary–pantograph interface.

2

Analiza przyspieszeń i prędkości drgań sieci trakcyjnej i ślizgacza pantografu w trakcie przejazdu pociągu przez nierówność progową toru

Bryja Danuta, Hyliński Adam

Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne

|

2019

|

Nr 2(119)

13--23

PL

W pracy przedstawiono kolejny etap badań numerycznych, prowadzących do oceny wpływu przejazdu pociągu przez nierówność progową toru na dynamiczną interakcję pomiędzy pantografem a górną siecią jezdną kolejowej trakcji elektrycznej. Wcześniejsze badania wykazały, że nierówność progowa, występująca w torze kolejowym nie wpływa znacząco na drgania sieci trakcyjnej, ale zakres tych badań był ograniczony do analizy stanu przemieszczenia sieci oraz dynamicznych zmian siły nacisku stykowego. Celem tej pracy jest zbadanie, czy wyraźne obciążenie impulsowe pojazdu kolejowego, spowodowane przejazdem przez nierówność progową przenosi się w istotny sposób na przyspieszenia drgań sieci trakcyjnej i pantografu, chociaż nie jest widoczne w przebiegach czasowych przemieszczeń. W tym celu uzupełniono oryginalną, autorską metodę symulacji drgań układu sieć trakcyjna–pociąg–tor kolejowy o ścieżkę wyznaczania prędkości i przyspieszeń drgań. Przedstawiono główne założenia dwuetapowego algorytmu symulacyjnego oraz wyniki analizy numerycznej. Analizę przeprowadzono dla dwóch typów nierówności progowej, dwóch prędkości jazdy pociągu oraz dwóch wariantów zawieszenia pojazdu. Wyniki symulacji pokazały, że pionowy ruch podstawy pantografu, dzięki dobrze amortyzowanej konstrukcji odbieraka słabo przenosi się zarówno na drgania, jak i przyspieszenia drgań ślizgacza i przewodu jezdnego. Wykazano jednak, że przejazd pantografu powoduje drgania sieci o małych amplitudach w porównaniu z jej rozpiętością, ale drgania te zachodzą z dużymi przyspieszeniami, rosnącymi wraz z prędkością przejazdową. Jest to zjawisko niekorzystne w aspekcie zmęczenia materiału.

EN

The paper presents the next stage of numerical tests, leading to the assessment of the impact of train movement over the track threshold inequality on the dynamic interaction between the pantograph and the upper contact line of the electric traction. Previous studies have shown that the threshold unevenness that occurs in a railway track does not significantly affect the vibrations of the overhead contact line, but the scope of these tests was limited to analysing the state of network displacement and dynamic changes in contact force. The purpose of this work is to examine whether the clear impulse load of a railway vehicle, caused by passing through a threshold inequality, is significantly transferred to the acceleration of traction network and pantograph vibrations, although it is not visible in the time course of displacements. For this purpose, the original, proprietary method of vibration simulation of the traction network - train - railway track system was supplemented with a path for determining the speed and acceleration of vibrations. The main assumptions of the two-stage simulation algorithm and the results of numerical analysis are presented. The analysis was carried out for two types of threshold inequality, two train speeds and two vehicle suspension variants. The simulation results showed that the vertical movement of the pantograph base, due to the well-cushioned construction of the collector, is poorly transmitted to both vibration and acceleration of the slide and contact wire vibrations. However, it has been shown that the pantograph movement causes vibrations of the network with small amplitudes compared to its span, but these vibrations occur with high accelerations, increasing with the traveling speed. In the aspect of material fatigue it is an unfavorable phenomenon.

3

Droppers’ stiffness influence on dynamic interaction between the pantograph and railway catenary

Bryja Danuta, Hyliński (Popiołek) Adam

Problemy Kolejnictwa

|

2019

|

Z. 183

89--98

EN

Droppers connecting the contact wire and messenger wire of the railway catenary are characterized by zero or negligible compressive stiffness, hence they become slack under compression that is similar to bars’ buckling. The paper presents a numerical analysis of the influence of droppers slackening phenomenon on the dynamic interaction between the pantograph and catenary. The analysis is based on a simulation method presented by the authors in previous papers, in which the catenary is modelled as a complex cable system. In this paper, the simulation method is modified by introducing the residual compressive stiffness of droppers that is assumed as a given percent of tensile stiffness. Modification leads to geometrically non-linear equations of motion of the pantograph-catenary system. Two different algorithms for solving the problem of non-linearity are proposed, in both of them the Newmark numerical integration method is applied. Results of dynamic response simulations performed for different values of residual compressive stiffness of droppers are presented and compared. It is shown that the contact wire does not cooperate with the messenger wire in a large area around the pantograph when the compressive stiffness of droppers is assumed zero. As a result, the pantograph moving at high speed induces severe vibrations of the catenary. It is also shown that droppers should be designed to have the residual compressive stiffness equal to at least one percent of their tensile stiffness. This is sufficient to ensure an appropriate cooperation between messenger wire and contact wire, which is demonstrated by simulation results fulfilling requirements given in the standard PN-EN 50318: 2002.

4

Drgania sieci trakcyjnej spowodowane przejazdem pociągu dużych prędkości przez nierówność progową toru kolejowego

Bryja D., Popiołek A.

Przegląd Komunikacyjny

|

2018

|

R. 73, nr 6

7--12

PL

W pracy przedstawiono metodykę symulacji drgań kolejowej sieci trakcyjnej, spowodowanych przejazdem pociągu przez nierówność progową toru. W koncepcji algorytmu symulacyjnego uwzględniono interakcję dynamiczną pomiędzy pantografami i górną siecią jezdną oraz nieliniowość wynikającą ze specyfiki pracy linek wieszakowych, które nie przenoszą ściskania - przenoszą tylko siły rozciągające. Uwzględniono także sprzężenie drgań toru i pojazdów szynowych. Zgodnie z fizyką zjawiska nie uwzględniono natomiast wpływu drgań sieci trakcyjnej przenoszonych przez pantografy na pojazd kolejowy, co pozwoliło podzielić algorytm symulacyjny na dwa etapy i opracować dwa programy komputerowe o ustalonej hierarchii działania. W pierwszym etapie symulacji wyznaczane są przebiegi czasowe drgań i prędkości drgań tych członów pociągu, na których zamontowane są pantografy. W drugim etapie, wyznaczone wcześniej przebiegi stanowią dane wejściowe a obliczane są charakterystyki drgań sieci trakcyjnej i przebieg zmian w czasie siły kontaktowej między pantografem i przewodem jezdnym. W pracy przedstawiono przykłady symulacji drgań pojazdu szynowego obserwowanych w czasie rzeczywistym w teoretycznym punkcie zamocowania podstawy pantografu. Pokazano także wyniki drugiego etapu symulacji: wybrane przebiegi drgań pantografu i pięcioprzęsłowego odcinka sieci trakcyjnej oraz oscylacje siły nacisku stykowego pantografu na przewód jezdny. Oceniono wpływ efektu progowego związanego z nierównością progową toru kolejowego.

EN

The paper presents the methodology for simulating vibrations of the railway catenary, caused by the passage of the train through the track stiffness discontinuity.The concept of the simulation algorithm takes into account the dynamie interaction between pantographs and the overhead contact wire as well as nonlinearity resulting from the specificity of the droppers behaviour, which do not carry compression - they only carry tensile forces.The coupling of track and rail vehicles vibrations is also included. According to physics, the effect of vibrations of the catenary carried by pantographs on the railway vehicle was not taken into account, which allowed to divide the simulation algorithm into two stages and develop two computer programs with a defined hierarchy of operation. In the first stage of the simulation, the time-histories of vibrations and vibration velocities of those train cars, on which the pantographs are mounted, are calculated. In the second stage, the previously calculated time-histories are set as the input data and the vibration characteristics of the catenary and contact force between pantograph and the contact wire are calculated. The paper presents examples of vibration simulations of a rail vehicle observed in real time at the theoretical point of the pantograph base.The results of the second stage of the simulation were also shown: selected vibration time-histories of the pantograph and the five-span section of the catenary, and oscillations of the contact force between pantograph and the contact wire. The impact of the track stiffness discontinuity on catenary vibration was assessed.

5

Analiza drgań wieszara cięgnowego jako modelu kolejowej sieci trakcyjnej obciążonej ruchem pantografów

Bryja D., Popiołek A.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 2/I

177--190

PL

Zwiększenie prędkości jazdy pociągów i rozwój kolei dużych prędkości spowodowały wyraźny wzrost zainteresowania problemami dynamiki kolejowych sieci trakcyjnych. W ostatnich latach pojawiło się w literaturze zagranicznej wiele nowych publikacji przedstawiających zaawansowane numerycznie metody symulacji drgań górnej sieci jezdnej i pantografów. W Polsce temat ten jest stosunkowo mało znany, stąd jednym z celów pracy jest przegląd literatury na temat metod modelowania sieci trakcyjnych. Celem zasadniczym jest przedstawienie oryginalnej metody symulacji drgań sprzężonego układu sieć trakcyjna – pantograf oraz zastosowanie metody do analizy drgań przykładowej sieci trakcyjnej. Metoda bazuje na modelu obliczeniowym przedstawionym przez autorów w odrębnej pracy, sformułowanym na podstawie teorii drgań wiotkiego cięgna z ciągłym rozkładem masy. Górna sieć jezdna jest traktowana jako wstępnie napięty, wieloprzęsłowy wieszar cięgnowy złożony z liny nośnej o niepomijalnym zwisie w przęsłach i przewodu jezdnego podwieszonego za pomocą wiotkich wieszaków nie przenoszących ściskania. Sieć trakcyjna jest obciążona dwoma pantografami poruszającymi się ze stałą prędkością. Pantografy są układami dynamicznymi o dwóch stopniach swobody. Równania ruchu wyprowadzone metodą Lagrange’a – Ritza zostały w tej pracy przekształcone poprzez wyodrębnienie nieliniowych sił, które kompensują wpływ wieszaków ściskanych. Opisano metodę rozwiązania nieliniowych równań ruchu i wyjaśniono sens fizyczny stowarzyszonych z nimi równań liniowych. Przedstawiono przykład symulacji drgań sieci złożonej z dziesięciu przęseł, świadczący o efektywności i możliwościach obliczeniowych prezentowanej metody oraz zbadano wpływ tłumienia w materiale liny nośnej i przewodu jezdnego na charakterystyki dynamiczne badanej sieci.

EN

Increasing train speeds and rapid development of high speed railway systems give rice to growing interest in dynamics of railway overhead wire systems. In recent years, many new publications on advanced numerical methods for computer simulation of vibration of pantographcatenary systems appeared in foreign literature. In Poland, this topic is relatively unknown, hence one of the objectives of this paper is to review the literature on methods for modeling overhead contact lines and pantographs. The main goal is to present an original method for simulation of pantograph and catenary coupled system vibration and the use of method in dynamic analysis of a sample system. The method is based on the computational model which have been presented in a separate article. This model is formulated on the basis of vibration theory of a continuous cable. Catenary is treated as initially tensioned, multi-span cable structure which consists of a carrying cable characterized by non-negligible static sag and a contact wire suspended by means of droppers. The slackening of droppers under compressive forces is taken into account. Catenary is subjected to a passage of two pantographs moving with constant sped, each idealized as twodegree-of-freedom dynamic system. Equations of motion of the system, derived by the use of Lagrange equations and Ritz approximation of catenary displacements, are reexpressed in this paper to extract nonlinear forces which compensate the effects of compressed droppers. The method for solving nonlinear equations of motion is described. It is also explained what is a physical meaning of linear equations associated with these nonlinear. Exemplary simulations are presented for the catenary consisting of ten spans in order to demonstrate efficiency and computing capabilities of the simulation method. An influence of the material damping in carrying rope and this in contact wire, on the dynamic response of analyzed catenary is examined.

6

Analiza wpływu odległości między pantografami na drgania kolejowej sieci trakcyjnej

Bryja D., Popiołek A.

Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej

|

2017

|

Nr 25

75--85

PL

W artykule przedstawiono wyniki kolejnego etapu badań dynamiki kolejowej sieci trakcyjnej obciążonej ruchem pantografów, wykonywanych za pomocą autorskiej metody symulacji drgań sprzężonego układu pantografy – sieć trakcyjna. Przeanalizowano wpływ prędkości ruchu oraz odległości pomiędzy pantografami na drgania przewodu jezdnego oraz na siłę nacisku stykowego ślizgacza pantografu na przewód jezdny. Do analiz wybrano trzy rozstawy pantografów oraz pięć prędkości. Przeanalizowano charakter zjawiska na podstawie przebiegów czasowych wielkości wyjściowych oraz miar statystycznych. Zidentyfikowano możliwość wystąpienia niekorzystnych kombinacji warunków obciążenia sieci, skutkujących zwiększeniem niekorzystnych zjawisk dynamicznych. Sformułowano wnioski do dalszych badań.

EN

The article presents the results of the current stage of study on the catenary dynamics, based on the author's method of simulation of pantograph – catenary system vibrations. The influence of the speed of movement and the distance between pantographs on the vibration of contact wire and the contact force has been analyzed. Three pantographs' distances and five speeds were chosen for the analyzes. The nature of the phenomenon was analyzed on the basis of time histories of the output quantities and statistical measures. The possibility of unfavorable combinations of load conditions, leading to an increase of undesirable dynamic behavior, has been identified. Conclusions for further research have been formulated.

7

Elektrohydrauliczny symulator drgań konstrukcji smukłych

Pluta J., Podsiadło A., Orkisz P.

Hydraulika i Pneumatyka

|

2010

|

nr 3

10-16