Vasúti jármű gyorsulási folyamatainak vizsgálata

A dolgozat célja egy adott paraméterekkel rendelkező villamos vasúti jármű gyorsításakor

lejátszódó tranziens folyamatok tanulmányozása, ennek céljából kidolgozásra került a jármű

egyszerűsített modellje, MATLAB-Simulink környezetben. A jármű gyorsításakor kialakuló

mozgásfolyamat minél pontosabb ismerete segítséget nyújthat a szerkezetre ható

igénybevételek analízisére, az utaskomfort, vagy a jármű energiafelhasználásának vizsgálatára.

A szimulációban a vontatójárművet egy kerékként, illetve egy hozzá kapcsolt tömegként

kezeljük, mely magában foglalja vontató jármű haladó tömegét, illetve a vontatott járművek

forgó és haladó tömegelemeit. A modell bemenő változója a motor menet-, illetve a

későbbiekben fékvezérlése, melyet a szimulációs környezetbe épített jelgenerátor szolgáltat. A

motor nyomatéki jelleggörbéje a kerékfordulatszám és a vezérlés függvényében az irodalomban

fellelhető statikus görbe alapján kerül kiszámításra. A kialakuló vonóerő a kerék és a sín közötti

erőkapcsolati tényező függvénye, mely a kerék szögsebességétől és a jármű haladási

sebességétől is függ. Ennek kezelésére bevezetjük a kúszás fogalmát. A mozgásjellemzők

közötti kapcsolatokat a program numerikus úton kezeli. A járműre ható ellenálláserők a

szakirodalomban található képletek alapján kerültek meghatározásra. A járművek tömegei és

tehetetlenségi nyomatékai szintén adott, vagy becsült értékek.

A modellel több szimulációt futtatunk le változó bemenő értékekkel, melyekből adódnak a

gyorsítási folyamatot jellemző függvények, például a sebesség, a megtett út, vagy a hosszirányú

kúszás. Meghatározunk egy bemenő vezérlő függvényt, illetve az erőkapcsolati tényezőnek egy

realizációját. Ezek függvénye a vonóerő, amiből adódik a gyorsulás, melynek értéke lényeges

lehet például az utaskomfort, vagy a menetrend tartásának szempontjából. Szintén ebből

látható, hogy a gyorsítás folyamán a kerék megcsúszik-e. Ez a jelenség a pályára és a járműre

egyaránt mechanikailag káros jelenség, illetve az elérhető gyorsulást is nagy mértékben

korlátozza. Az erőkapcsolati tényező függvénye a valóságban sztochasztikus, erősen függ

például a pálya és a kerék állapotától, anyagjellemzőitől, vagy az időjárástól, melyeknek hatását

a függvény görbéjének változtatásával építjük be a modellbe. Vizsgálható ennek menet közben

történő változása, illetve a rendszerre gyakorolt hatása.

A jellemző függvények segítségével szemléletesen összehasonlíthatóak a különböző kezdő

feltételek mellett lejátszódó szimulációk, és kiválasztható a kipróbált vezérlőfüggvények közül

az adott elvárásoknak, például a minél nagyobb gyorsulás vagy a jobb utaskomfort elérésének

leginkább megfelelő. Megállapítható az is, hogy az egyszerűsítésekkel szimulált valós

folyamatok milyen mértékben térnek el az ideális esettől, és ennek mekkora jelentősége van

egy menetrend szerint közlekedő jármű esetében. Összehasonlíthatóak különböző járművek,

közülük kiválasztható az elvárt feladathoz legoptimálisabb. A modell létrehozása során tett

elhanyagolások közül néhányat értékelünk. A kiadódó jellemzőket grafikus formában

szemléltetjük.

A dolgozatban modellt készítettünk a fentiek vizsgálatára, többször jelentős egyszerűsítésekkel

élve. A későbbiekben cél a modell további finomítása, ideértve többek közt a motor pontosabb

modellezését, a dízelmotoros hajtás, és különböző erőátvitelek integrálását a rendszerbe, vagy

a rendszer energetikai folyamatainak részletesebb szimulációját, melyek segítik a járművek

tranziens folyamatainak mélyebb vizsgálatát.

szerző

Dr. Szabó András
egyetemi docens, Vasúti Járművek és Járműrendszeranalízis Tanszék
Demus Tamás
doktorandusz, Vasúti Járművek és Járműrendszeranalízis Tanszék

Jutalom