Comparative assessment of resonant frequencies of the floor of suburban electric train cars

Олег Головащенко; Сергій Кара; Віктор Ткаченко

Автор(и)

Олег Головащенко Державний університет інфраструктури та технологій
Сергій Кара Державний університет інфраструктури та технологій
Віктор Ткаченко Державний університет інфраструктури та технологій

Ключові слова:

залізничний вагон, комфорт пасажирів, віброізоляція підлоги, рівні вібрацій, експериментальні дослідження

Анотація

Робота присвячена дослідженню віброізоляційних властивостей підлоги пасажирських вагонів з метою вибору конструктивної структури при модернізації електропоїздів приміської залізниці серій ЕР2, ЕР9, ЕПЛ2, ЕПЛ9, ЕД9, яку проводить ПрАТ «Київський електровагоноремонтний завод». На основі аналізу відомих досліджень вібрацій підлоги вагонів вибрано характеристики вібратора збудження механічних коливань – частоти і амплітуди прискорень. Для проведення експериментів прийнято горизонтальну схему навантаження. Метою дослідження є експериментальна порівняльна оцінка віброзахисних властивостей підлоги вагона з різними варіантами конструктивної структури. Були поставлені задачі дослідження: обґрунтування параметрів експериментальних зразків підлоги пасажирських вагонів різної конструктивної структури; проведення експериментальної оцінки резонансних зон підлоги пасажирського вагона різної конструктивної структури. Запропоновано експериментально-розрахунковий метод визначення резонансної частоти коливальної системи на основі обмежених експериментальних даних, а саме частоти збудження і виміряного коефіцієнта зменшення амплітуди сили. На основі випробувань отримано частотні характеристики відносної зміни амплітуди прискорень на поверхні підлоги різної структури. Відносні амплітуди представлено у вигляді коефіцієнта зростання амплітуд прискорень k, як відношення амплітуди на певній частоті до амплітуди на частоті 45 Hz, яку було прийнято як базову. З’ясовано, що коефіцієнт зростання амплітуди прискорень підлоги не залежить від амплітуди збудження і залежить тільки від частоти. Частотні характеристики варіантів конструкції підлоги, що мають гумові амортизатори суттєво відрізняються від базового варіанту і сприяють появі ознак резонансу у зоні відносно низьких частот в діапазоні 55–70 Hz. Ведення в конструктивну схему шарів вібродемпферної мембрани також сприяє зсуву максимальних коефіцієнтів зростання амплітуд у бік низьких частот. Але цей вплив є вкрай незначним.

Посилання

Barabash Yu.S., Charkina T.Yu. (2014). Main models of railway transport reform in Europe. Problems of the transport complex of Ukraine. Bulletin of the economy of transport and industry, 46, 211–215. https://cyberleninka.ru/article/n/osnovni-modeli-reformuvannya-zaliznichnogo-transportu-v-evropi.

Zhao, C., Lei, J., Liu, K., Chen, R., & Wang, P. (2023). A novel rail corrugation suppressor using synergistic mechanism of vibration absorption and damping. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 237(4), 517–527. https://doi.org/10.1177/09544097221122081.

V. Tkachenko, S. Sapronova, E. Zub, M. Morneva. (2020). Closed Power Loops in the Guidance of Vehicles by Railway Track System. 24th International Scientific Conference. Transport Means 2020: Sustainability: Research and Solutions. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44988845&selid=44991363.

Ravlyuk, V. G., Tkachenko, M. A., Umanets, A. S., & Sokolova, R. O. (2017). Features of identifying diagnostic signs of the technical condition of a passenger car gearbox. Collection of scientific papers of the Ukrainian State University of Railway Transport, 173, 20–28. https://doi.org/10.18664/1994-7852.173.2017.118186.

Gong, D., Duan, Y., Wang, K., & Zhou, J. (2019). Modelling rubber dynamic stiffness for numerical predictions of the effects of temperature and speed on the vibration of a railway vehicle car body. Journal of Sound and Vibration, 449, 121–139. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.02.037.

Nassiri, P., Koohpaei, A. R., Zeraati, H., & Shalkouhi, P. J. (2011). Train passengers comfort with regard to whole-body vibration. Journal of low frequency noise, vibration and active control, 30(2), 125–136. https://doi.org/10.1260/0263-0923.30.2.125.

You, T., Zhou, J., Thompson, D. J., Gong, D., Chen, J., & Sun, Y. (2022). Vibration reduction of a high-speed train floor using multiple dynamic vibration absorbers. Vehicle System Dynamics, 60(9), 2919–2940. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00423114.2021.1928248.

Gong, D., Wang, K., Duan, Y., & Zhou, J. (2020). Car body floor vibration of high-speed railway vehicles and its reduction. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 39(4), 925–938. https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/1461348419850921.

Burdzik, R., & Konieczny, Ł. (2013). Research on structure, propagation and exposure to general vibration in passenger car for different damping parameters. Journal of vibroengineering, 15(4), 1680–1688. http://www.amse.acmsse.h2.pl/vol59_1/5913.pdf.

Sayed, M. E., Shahrin, H., & Adawy, M. E. (2013). Whole-body-vibration measurement and assessment for Cairo subway (metro), car and bus passengers. International Journal of Electronics, Communication & Instrumentation Engineering Research and Development, 3(1), 185–202. https://www.academia.edu/download/88924208/2-16-1363091120-25.Whole_20body.full.pdf.

Lings, S. & Leboeuf-Yde, C. Whole-body vibration and low back pain: a systematic, critical review of the epidemiological literature 1992–1999. Int Arch Occup Environ Health, 73, 290–297 (2000). https://doi.org/10.1007/s004200000118.

Thamsuwan, O., Blood, R. P., Ching, R. P., Boyle, L., & Johnson, P. W. (2013). Whole body vibration exposures in bus drivers: A comparison between a high-floor coach and a low-floor city bus. International Journal of Industrial Ergonomics, 43(1), 9–17. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169814112000947.

Griffin, M. J. (1978). The evaluation of vehicle vibration and seats. Applied ergonomics, 9(1), 15-21. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003687078902144.

La Paglia, I., Li, Q., Ripamonti, F., & Corradi, R. (2023). Experimental and numerical investigation of the dynamics of the floating floor and passenger seats of a railway vehicle. In Proceedings of the 29th International Congress on Sound and Vibration. 1–7. https://re.public.polimi.it/bitstream/11311/1249627/1/full_paper_36_20230429103100641.pdf.

Wu, J., & Qiu, Y. (2022). Modelling and ride comfort analysis of a coupled track-train-seat-human model with lateral, vertical and roll vibrations. Vehicle System Dynamics, 60(9), 2988–3023. https://doi.org/10.1080/00423114.2021.1933088.

Han, S., Chen, F., Yu, Y., Zheng, Z., Chen, L., & Wang, G. (2022). Bamboo-inspired renewable, lightweight, and vibration-damping laminated structural materials for the floor of a railroad car. ACS Applied Materials & Interfaces, 14(37), 42645–42655. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c09785.

Wang, Q., Zeng, J., Wei, L., Zhou, C., & Zhu, B. (2018). Reduction of vertical abnormal vibration in carbodies of low-floor railway trains by using a dynamic vibration absorber. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232(5), 1437–1447. https://doi.org/10.1177/0954409717731234.

Fan, R., Meng, G., Yang, J., & He, C. (2009). Experimental study of the effect of viscoelastic damping materials on noise and vibration reduction within railway vehicles. Journal of Sound and Vibration, 319(1–2), 58–76. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.03.071.

Cheli, F., & Corradi, R. (2011). On rail vehicle vibrations induced by track unevenness: Analysis of the excitation mechanism. Journal of Sound and Vibration, 330(15), 3744–3765. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2011.02.025.

Kukulin, V. I., Krasnopolsky, V. M., & Horácek, J. (2013). Theory of resonances: Principles and Applications. Springer Science & Business Media. (3). https://books.google.com/books?hl=uk&lr=&id=vHfoCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA9&dq=oscillation+theory+-+resonance&ots=WPmlxsHYJ8&sig=12RNBh22iB5wqgtx2ukojpyI-yA/.