ANALIZA DRGAŃ WIESZARA CIĘGNOWEGO JAKO MODELU KOLEJOWEJ SIECI TRAKCYJNEJ OBCIĄŻONEJ RUCHEM PANTOGRAFÓW

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.

Pełny tekst (pdf)

[1]  Dyrektywa 2008/57/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie interoperacyjności systemu kolei we Wspólnocie.

[2]  Bryja D., Prokopowicz D.: Dyskretno-ciągły model obliczeniowy sprzężonego układu dynamicznego: pantograf - napowietrzna sieć trakcyjna, Przegląd Komunikacyjny, r. 71, nr 5, 2016, s. 44-51.

[3]  Poetsch G., Evans J., Meisinger R., Kortüm W., Baldauf W., Veitl A., Wallaschek J.: Pantograph/Catenary Dynamics and Control, Vehicle System Dynamics, no. 28, 1997, pp. 159-195.

[4]  Wu T. X., Brennan M. J.: Basic Analytical study of pantograph-catenary system dynamics, Vehicle System Dynamics, no. 30, 1998, pp. 443-456.

[5]  Wu T. X., Brennan M. J.: Dynamic stiffness of a railway overhead wire system and its effect on pantograph-catenary system dynamics, Journal of Sound and Vibration, no. 219, 1999, pp. 483-502.

[6]  Park T. J., Han C. S., Jang J. H.: Dynamic sensitivity analysis for the pantograph of a high-speed rail vehicle, Journal of Sound and Vibrations, no. 266, 2003, pp. 235-260.

[7]  Lopez-Garcia O., Carnicero A., Marono J. L.: Influence of stiffness and contact modelling on catenary-pantograph system dynamics, Journal of Sound and Vibration, no. 299, 2007, pp. 806-821.

[8]  Arnold M., Simeon B.: Pantograph and catenary dynamics: A benchmark problem and its numerical solution, Applied Numerical Mathematics, no. 34, 2000, pp. 345-362.

[9]  Cho Y. H.: Numerical simulation of the dynamic responses of railway overhead contact lines to a moving pantograph, considering a nonlinear dropper, Journal of Sound and Vibration, no. 315, 2008, pp. 433-454.

[10]  Rauter F. G., Pombo J., Ambrósio J., Chalansonnet J., Bobillot A., Pereira M. S.: Contact model for the pantograph-catenary interaction, Journal of System Design and Dynamics, vol. 1, no. 3, 2007, pp. 447-457.

[11]  Pombo J., Ambrósio J.: Environmental and track perturbations on multiple pantograph interaction with catenaries in high-speed trains, Computers and Structures, no. 124, 2013, pp. 88-101.

[12]  Massat J.-P., Laurent C., Bianchi J.-P., Balmès E.: Pantograph catenary dynamic optimization based on advanced multibody and finite element co-simulation tools, Vehicle System Dynamics, vol. 52, Supplement, 2014, pp. 338-354.

[13]  Norma EN 50318: 2002 „Zastosowania kolejowe - Systemy odbioru prądu - Walidacja symulacji oddziaływania dynamicznego pomiędzy pantografem a siecią jezdną górną”.