Porównanie poziomu symulowanych drgań oddziałujących na pasażera/ładunek samochodu i pojazdu szynowego

Transkrypt

1 . Ewa Kardas-Cnal 1, Zbgnew Loza Poltechnka Warszawska, Wydzał Transportu Porównane pozomu symulowanych drgań oddzałujących na pasażera/ładunek samochodu pojazdu szynowego 1. WSTĘP Dane statystyczne [1,, 3] wskazują na bardzo duże znaczene społeczne transportu lądowego, domnującego w przewoze pasażerów towarów. Transport drogowy ma udzał 40,48% w przewoze pasażerów (merzonego w pasażeroklometrach [3]) 84,0% w przewoze ładunków (merzonego w tonach [1]). Wartośc analogcznych wskaźnków dla transportu kolejowego wynoszą, odpowedno, 36,14% 1,6%. Łączne, dla obu środków transportu, udzały te wynoszą 76,6% 96,6%. Transport osób lub ładunku na wybranym odcnku może sę odbyć samochodem lub pocągem. Różne są: czasy wykonana wspomnanego zadana transportowego, ogranczena dotyczące masy gabarytów pojedynczych ładunków, koszty przewozu, mejsca docelowe dla danego środka transportu. Przewożen pasażerowe ładunk są poddawan drganom, których źródłem są przede wszystkm losowe zdetermnowane nerównośc drog/szlaku kolejowego, stany neustalone ruchu pojazdów oraz wymuszena wewnętrzne zwązane z pracą układu napędowego (wraz z slnkem), hamulcowego jezdnego. W prezentowanej pracy autorów nteresują przede wszystkm efekty losowych nerównośc podłoża, po którym przemeszczają sę koła pojazdu, a węc drog lub szlaku kolejowego (toru). Autorzy dysponują modelam symulacyjnym ruchu pojazdów drogowych szynowych. Zostały one z powodzenem wykorzystane w welu pracach badawczych naukowo-techncznych (na przykład [13, 17]). Są także narzędzem stosowanym w prezentowanej pracy. Porównane zostały drgana wybranego punktu bryły nadwoza pojazdu drogowego szynowego w trakce ruchu prostolnowego z różną prędkoścą na drodze/torze o losowych nerównoścach, odpowadających stanow rzeczywstemu. Wyznaczono mary statystyczne symulowanych drgań oraz ch obraz w dzedzne częstotlwośc, zgodne z zalecenam Mędzynarodowej Organzacj Standaryzacj (ISO). Wykonane oblczena symulacyjne ruchu dwóch typów środków transportu oraz wyznaczone wskaźnk charakterystyk częstotlwoścowe pozwalają ocenć porównać ucążlwość drgań pochodzących od losowych nerównośc drog/toru dla przewożonych osób/ładunków.. MODEL SYMULACYJNY RUCHU I DYNAMIKI SAMOCHODU OSOBOWEGO Model ruchu dynamk dwuosowego pojazdu drogowego odpowada samochodow osobowemu, dla którego uzyskano bardzo dobre wynk weryfkacj eksperymentalnej [18] w testach zalecanych przez ISO..1. Główne założena upraszczające Analzowany jest przede wszystkm ruch podstawowy pojazdu, reprezentowany przez współrzędne położena bryły nadwoza ch pochodne. Rozpatrywane są także wybrane zaburzena zwązane z ruchem samochodu po nerównej nawerzchn drog zjawskam zachodzącym w kontakce kerowanych kół ogumonych z podłożem. Pojazd traktowany jest jako zbór brył sztywnych punktów materalnych połączonych elementam wodzącym, sprężystym tłumącym. Pomjane są względne ruchy pasażerów, kerowcy, ładunku zespołu napędowego z slnkem. Elementy te wchodzą w skład bryły sztywnej obrazującej kadłub pojazdu - nadwoze. Nadwoze ma podłużną płaszczyznę symetr. Główne wymuszena 1 ekc@wt.pw.edu.p loza@wt.pw.edu.pl Logstyka 4/

2 pochodzą od kerowcy, oddzaływującego na mechanzmy sterowana pojazdem w ten sposób zmenającego kąt obrotu kerowncy, słę nacsku na pedał hamulca, stopeń otwarca przepustncy, czy też ogólnej: mechanzm sterowana układem zaslana slnka. Nawerzchna drog jest neodkształcalna. Dopuszcza sę pochylene wzdłużne boczne drog oraz jej nerównośc. Pojazd oddzałuje na podłoże przez podatne koła ogumone (pneumatyk)... Model fzyczny pojazdu Model samochodu (rys. 1) ma przedne zaweszene typu McPherson ze stablzatorem przechyłu bocznego. Zaweszena koła lewego prawego tylnego są nezależne od sebe (poza sprzężenem przez stablzator przechyłu bocznego). Składają sę z elementu sprężystego (sprężyny śrubowej), amortyzatora, dwóch wahaczy poprzecznych, wahacza wzdłużnego pomocnczego..3. Własnośc nercyjne modelowanych pojazdów Model (rys. 1) składa sę z 9 elementów masowych: bryły nadwoza (traktowanej jako bryła sztywna), 4 punktów materalnych O 1, O, O 3 O 4, w których skupono tzw. masy neresorowane pojazdu, w tym koła jezdne w ruchu postępowym, 4 wrujących kół jezdnych (wyłączne ruch obrotowy)..4. Przyjęte układy współrzędnych Podobne jak w pracach [1, 19, 17, 18, 0], przyjęto następujące układy współrzędnych (rys. 1): Oxyz - układ nercjalny, zwązany z drogą; ose Ox Oy są pozome, ponowa oś Oz jest skerowana do góry; O C x C y C z C - układ nenercjalny o osach równoległych odpowedno do os Ox, Oy Oz oraz początku w środku masy bryły nadwoza O C ; układy sztywno zwązane z bryłam sztywnym modelu: bryłą nadwoza (O C ξ C η C ζ C ) czterema kołam jezdnym (O 1 ξ 1 η 1 ζ 1, O ξ η ζ, O 3 ξ 3 η 3 ζ 3, O 4 ξ 4 η 4 ζ 4 ); układy pomocncze, ułatwające określene macerzy transformacyjnych. Do opsu ruchu postępowego brył punktów materalnych modelu wykorzystywane jest położene środków mas wymenonych brył (O C, O 1, O, O 3, O 4 ). Ose O ξ, O η, O ζ ( = C, 1,, 3, 4) są traktowane jako główne centralne ose bezwładnośc odpowednch brył sztywnych. Ruch kulsty bryły nadwoza względem beguna O C opsano, wykorzystując kąty samolotowe, zwane też quas-eulerowskm [1, 19, 17, 0]. Ose kolejnych obrotów są traktowane jako główne centralne ose bezwładnośc bryły nadwoza..5. Równana ruchu Równana ruchu wyprowadzono wykorzystując równana Lagrange a II rodzaju (np. [8]). Wcześnej przyjęto 14 następujących współrzędnych uogólnonych: q 1 =x OC, q =y OC, q 3 =z OC - współrzędne określające położene środka O C masy bryły nadwoza w nercjalnym układze odnesena Oxyz; q 4 =ψ C, q 5 =ϕ C, q 6 =ϑ C - współrzędne opsujące ruch kulsty bryły nadwoza względem jej środka masy O C ; są to kąty quas-eulerowske (samolotowe) - kąt odchylena, przechyłu wzdłużnego bocznego; q 7 =ζ CO1, q 8 =ζ CO, q 9 =ζ CO3, q 10 =ζ CO4 - współrzędne opsujące ruch punktów O 1, O, O 3, O 4 względem bryły nadwoza w kerunku O C ζ C układu O C ξ C η C ζ C ; do tych punktów redukowane są masy neresorowane zaweszena; q 11 =ϕ 1, q 1 =ϕ, q 13 =ϕ 3, q 14 =ϕ 4 - kąty obrotu kół jezdnych (odpowedno: przednego lewego prawego, tylnego lewego prawego)..6. Własnośc geometryczne sprężyste układu kerownczego Wprowadzono rzeczywstą charakterystykę kątów skrętu kół jako funkcję kąta obrotu kerowncy α k dla układu neobcążonego. Uwzględnono podatność układu kerownczego. Dodatkowe kąty skręty kół są funkcjam momentów stablzujących oraz podatnośc skrętnej kolumny kerownczej wraz z przekładną oraz podatnośc lewej prawej strony układu zwrotnczego. 418 Logstyka 4/015

3 .7. Sły momenty występujące w obszarze kontaktu koła z drogą W opse sł kontaktowych wykorzystano modelu HSRI-UMTRI [4, 6] uzupełnony o model stanów neustalonych ogumena IPG-Tre [17]. Sły powstające w kontakce koło-droga są także efektem modelowana własnośc sprężystych koła ogumonego, dzałana układów ABS (przecwblokującego), ASR (przecwpoślzgowego) ESP (stablzacj toru ruchu pojazdu), zgodne z wytycznym algorytmam frmy Bosch [1, ] oraz dostępną dokumentacją producentów pojazdów. Rys. 1. Model fzyczny samochodu osobowego pojazdu dwuosowego z nezależnym zaweszenem przednm tylnym, wraz z przyjętym układam współrzędnych Źródło: [18]. 3. MODEL UKŁADU POJAZD SZYNOWY - TOR Badana symulacyjne dynamk pojazdu w ruchu po torze są oparte na modelu matematycznym rzeczywstego układu pojazd szynowy-tor. Model matematyczny odnos sę do modelu fzycznego badanego układu mechancznego ma postać równań ruchu układu opsujących jego dynamkę. Równana te stanowły podstawę do opracowana programu symulacyjnego, który wraz z danym wejścowym (parametram modelu oraz wymuszenam) tworzy model symulacyjny układu. Zakres badań zawera sę w obszarze zjawsk nskoczęstotlwoścowych, który obejmuje odpowedz dynamczne pojazdu zwązane z komfortem jazdy na wymuszena pochodzące od nerównośc geometrycznych toru. Zakłada sę, że częśc składowe pojazdu zachowują sę jak bryły sztywne, zaś tor jest też elementem sztywnym. Modelowane układu pojazd szynowy-tor jest zagadnenem złożonym, co wynka m.n. z nelnowej geometr kontaktu koło/szyna oraz oddzaływana kół z szynam. W układze tym wyróżna sę trzy podukłady: pojazd szynowy, strefę kontaktu koła z szyną oraz tor Model pojazdu szynowego Zastosowany model pojazdu szynowego opsuje konwencjonalny wagon pasażersk na wózkach dwuosowych typu 5ANa [3, 13]. Model fzyczny pojazdu jest złożony z 7 brył sztywnych, tj. nadwoza pojazdu (pudła wagonu), dwóch wózków czterech zestawów kołowych. Model matematyczny ma 7 stopn swobody, które odpowadają poprzecznym, ponowym oraz kątowym przemeszczenom brył tworzących pojazd. Model opsuje pojazd szynowy poruszający sę ze stałą prędkoścą jazdy v po torze prostym, przy uwzględnenu losowych nerównośc geometrycznych toru. Położene brył składowych pojazdu szynowego jest opsane w układze odnesena Oxyz zwązanym z lną środkową toru o wymarach nomnalnych. Logstyka 4/

4 Położene każdej bryły pojazdu opsane jest przez sześć współrzędnych: współrzędne x, y, z jej środka masy oraz trzy kąty: ϕ kąt pochylana, ψ kąt obracana, θ kąt kołysana bocznego, określające orentację tej bryły w przestrzen. Pomędzy składowym bryłam pojazdu szynowego występują połączena podatne (sprężysto-tłumące), które stanową zaweszene pojazdu. W rozpatrywanym pasażerskm pojeźdze szynowym zaweszene jest dwustopnowe. Perwszy stopeń zaweszena (I stopeń usprężynowana) tworzą połączena podatne pomędzy zestawam kołowym ramam wózków, drug stopeń (II stopeń usprężynowana) stanową połączena podatne pomędzy ramam wózków nadwozem pojazdu. Przyjęto lnowe charakterystyk elementów połączeń podatnych. Współczynnk sprężystośc ( k ) współczynnk tłumena ( c ) poszczególnych połączeń podatnych scharakteryzują sztywność tłumene: 1-go stopna zaweszena, w kerunku poprzecznym ( k, c ), ponowym ( k, c ) oraz jego sztywność tłumene skrętne ( kzψ, czψ ), -go stopna zaweszena, w kerunku poprzecznym ( k, c ), ponowym ( k, c ) oraz jego sztywność tłumene skrętne ( knψ, cnψ ). Wartośc tych parametrów są określone w przelczenu na jedno koło dla 1-go stopna zaweszena (oprócz kzψ, czψ ) oraz jedną stronę wózka dla -go stopna zaweszena (oprócz knψ, cnψ ). Schemat modelu fzycznego wagonu pasażerskego z zaznaczonym połączenam sprężysto-tłumącym przedstawa rys.. (a) zy ny zy ny zz nz zz nz (b) Rys.. Model fzyczny wagonu pasażerskego a) płaszczyzna ( x, z ), b) płaszczyzna ( x, y ) Źródło: [3, 13] 3.. Model toru nerównośc geometryczne Podstawowym elementam składowym nawerzchn kolejowej są szyny, podkłady, przytwerdzena, złączk podsypka [5]. Wchodzące w jej skład dwa równoległe tok szynowe stanową tor kolejowy. Modelowane toru kolejowego jest uwarunkowane w dużym stopnu rodzajem badanych zagadneń, a szczególne zakresem częstotlwośc odpowadających m drgań występujących w układze pojazd 40 Logstyka 4/015

5 szynowy-tor. W zakrese drgań nskoczęstotlwoścowych dopuszczalnym przyblżenem jest traktowane toru jako elementu sztywnego. W tym podejścu tor kolejowy jest opsany przez swoją nomnalną geometrę (tor prosty, łuk, krzywe przejścowe, rozjazdy) oraz parametry określające zaburzena jego geometr, charakteryzują stan utrzymana toru [5]. Parametram tym są nerównośc geometryczne toru: poprzeczne nerównośc y w, ponowe nerównośc z w, lokalna przechyłka h w, szerokość toru l (jej zmany l w stosunku do wartośc nomnalnej 1.435m ). W modelach matematycznych pojazdów szynowych nerównośc geometryczne toru są traktowane jako realzacje stacjonarnych, ergodycznych procesów stochastycznych. Jako dane wejścowe w procese symulacyjnym wykorzystuje sę często wynk pomarów geometr toru wykonane za pomocą odpowednch pojazdów (np. drezyna EM 1). Nerównośc geometryczne toru mogą być także wyznaczone numeryczne przy użycu matematycznych metod ch generowana w oparcu o znane lub modelowe gęstośc wdmowe mocy tych nerównośc [4]; jedna z takch metod została zaproponowana stosowana w pracach [15, 16]. W badanach symulacyjnych przedstawonych w nnejszej pracy wykorzystano eksperymentalne przebeg nerównośc geometrycznych toru klasy QN [13]. Ważnym parametrem charakteryzującym geometrę toru są profle (zarysy poprzeczne) główk szyny częśc tocznej koła, które określają geometrę kontaktu tocznego koło-szyna w ten sposób wpływają na oddzaływana dynamczne pomędzy pojazdem szynowym a torem. Badana symulacyjne przeprowadzono dla szyn typu UIC60 kół typu S100 o proflach nomnalnych Strefa kontaktu pojazd szynowy-tor Podstawowym założenem dla modelu układu pojazd szynowy-tor jest przyjęce, że każde koło jest w stałym kontakce z szyną. Z założena tego wynka stnene równań węzów, które stanową zwązk pomędzy sześcoma współrzędnym określającym położene zestawu kołowego. W wynku stnena tych węzów ruch każdego zestawu jest opsany przez trzy zmenne nezależne: przemeszczene poprzecznego y, kąt nabegana ψ, oraz kąt toczny ϕ. W ruchu pojazdu szynowego ze stałą prędkoścą położene zestawu wzdłuż toru jest określone relacją x = x t= 0 + vt. Zależnośc z = z ( y, ψ ), θ = θ( y, ψ ) określające pozostałe zmenne są zwązane z geometrą kontaktu są wyznaczone numeryczne na podstawe znajomośc profl koła szyny będących w kontakce. Jednocześne wyznaczane są nne welkośc, zwane geometrycznym funkcjam kontaktowym, które charakteryzują geometrę kontaktu są stotne w metodze oblczana sł w kontakce koło/szyna. W badanach symulacyjnych przedstawanych w obecnej pracy wykorzystano, w stabelaryzowanej forme, geometryczne funkcje kontaktowe wyznaczone dla dyskretnych wartośc y ψ przy użycu programu RSGEO opracowanego przez W. Kka [14]. Oddzaływane mędzy pojazdem szynowym a torem jest określone przez sły wzajemnego oddzaływana kół zestawów z szynam. Do wyznaczena tych sł w modelach matematycznych układu pojazd szynowy tor stosuje sę metody oparte na teor kontaktu tocznego FASTSIM opracowanej przez Kalkera [11]. Model układu pojazd szynowy-tor jest nelnowy ze względu na nelnowe geometryczne funkcje kontaktowe oraz nelnową zależność sł kontaktowych od poślzgów względnych mędzy kołem a szyną Równana ruchu pojazdu szynowego Ruch pojazdu szynowego jest opsany układem równań różnczkowych zwyczajnych drugego rzędu dla 7 nezależnych współrzędnych uogólnonych q = ( q1, q,, q7 ) opsujących położena prędkośc poszczególnych brył pojazdu. Układ równań zawera macerz bezwładnośc oraz macerze tłumena sztywnośc (pochodzące od sprężystych tłumących elementów zaweszena pojazdu). Równana ruchu zawerają składnk zwązane z słam występującym w punktach styku kół z szynam. Ważnym elementem badanego układu są nerównośc geometryczne toru ( yw, zw, hw, l), które wchodzą do równań ruchu stanową wymuszena knematyczne. Równana ruchu opsujące model układu pojazd szynowy-tor stanową źle uwarunkowany układ równań różnczkowych, nazywany równeż układem sztywnym (ang. stff). Numeryczne rozwązane tego typu układu równań wymaga zastosowana odpowednego algorytmu do ch numerycznego całkowana, który zapewna otrzymane stablnego rozwązana. Szczególne Logstyka 4/015 41

6 efektywna stablna dla rozwązywana układów sztywnych jest zastosowana w nnejszej pracy metoda Geara, która jest metodą welokrokową typu predyktor-korektor o zmennym kroku całkowana [7]. Wykonana sera oblczeń symulacyjnych dla nelnowego modelu pojazdu szynowego przy losowych stacjonarnych wymuszenach knematycznych (nerównośc toru) wskazuje na stateczne zachowane sę modelu pojazdu (brak rozbeżnośc rozwązań). Borąc pod uwagę powyższe, przyjęto, ż testowany model układu, można uznać za marodajny w badanach odpowedz dynamcznych pojazdu na losowe nerównośc geometryczne toru sztywnego. 4. OBIEKTY I WARUNKI BADAŃ Model samochodu odpowada pojazdow osobowemu klasy średnej (rys. 1). Rozstaw os wynos,655m, rozstaw kół: dla os przednej 1,546m, dla os tylnej 1,544m. Jego obcążene odpowada dopuszczalnej mase całkowtej pojazdu 1870kg. Porusza sę po nawerzchn drog klasy B ( bardzo dobra ) według klasyfkacj ISO [9]. Jest to bardzo dobra droga ale ne o parametrach nowoczesnej autostrady. Model pojazdu szynowego odpowada konwencjonalnemu wagonu pasażerskemu na wózkach dwuosowych o dwustopnowym zaweszenu (rys. ). Jego całkowta masa wynos 3957kg. Rozstaw os wózków wynos 1,5m. Wagon porusza sę po torze prostym klasy QN (średn stan utrzymana) [6]. Modele badanych pojazdów poruszały sę ruchem prostolnowym ze stałym prędkoścam: 60, 80, 100, km/h, będącym standardowym, dopuszczalnym prędkoścom ruchu samochodów po drogach publcznych powększonym o 10km/h, co odpowada uwzględnenu dopuszczalnego błędu prędkoścomerza. 5. ANALIZA KOMFORTU JAZDY 5.1. Metoda oceny komfortu zwązanego z drganam pojazdu Jednym z głównych czynnków, które stotne wpływają na komfort jazdy w środkach transportu kolejowego są drgana odczuwane przez pasażera. Ocena komfortu zwązanego z drganam jest przeprowadzana na podstawe przyspeszeń, jakch doznaje człowek znajdujący sę w pojeźdze. Do oceny komfortu zwązanego z wpływem drgań o ogólnym dzałanu na organzm człoweka stosuje sę krajowe mędzynarodowe normy, m.n. PN-EN 1453+A1:011, PN-91/S-04100, ISO 631-1, ISO 10056, UIC 513R. W nnejszej pracy zastosowano aktualne obowązującą normę ISO 631-1:1997 [10] (zaktualzowaną w roku 011) oraz poprzedną jej wersję ISO 631-1:1985 [10]. Do oceny komfortu wykorzystuje sę przyspeszene skuteczne w pasmach tercjowych o częstotlwoścach środkowych w zakrese od 0.8 Hz do 80 Hz. W norme ISO z roku 1985 wyznaczone w ten sposób przyspeszena skuteczne porównuje sę z grancam komfortu, ucążlwośc szkodlwośc zależnym od częstotlwośc środkowych pasm tercjowych. Natomast w norme ISO z roku 1997 wyznacza sę ważone przyspeszena skuteczne na podstawe przyspeszeń skutecznych w pasmach tercjowych oraz podanych w tej norme współczynnków wagowych W d (dla kerunków x, y) W k (dla kerunku z) zależnych od częstotlwośc. Przyspeszena skuteczne w pasmach tercjowych oblcza sę oddzelne dla każdej składowej przyspeszena na podstawe otrzymanych symulacyjne (bądź eksperymentalne) przebegów przyspeszeń ax( t ),ay( t ),az( t ). W tym celu wyznacza sę gęstość wdmową mocy S a _ x( f ) przyspeszena ax( t ), która jest funkcją częstotlwośc f, a następne całkuje sę środkowej S a _ x f, w rezultace otrzymując kwadrat przyspeszena skutecznego a x,rms ( f ) w paśme tercjowym o częstotlwośc ( f ) odpowadającego temu pasmu. Analogczne postępuje sę dla pozostałych składowych przyspeszena ( a y,a z ). W kolejnym kroku dokonuje se uśrednena z wagam, które są jednakowe dla kerunków x, y, lecz nne dla kerunku z (n jest tu lczbą pasm tercjowych): 4 Logstyka 4/015

7 n a = [ W ( f )a ( f )], (1a) x,rms waż d x,rms = 1 n a = [ W ( f )a ( f )], (1b) y,rms waż d y,rms = 1 n z,rms waż k z,rms = 1 Całkowte ważone przyspeszene skuteczne wyznacza sę jako a = [ W ( f )a ( f )]. (1c) rms waż x,rms waż y,rms waż z,rms waż a = a + a + a. () Norma ISO 631-1:1997 [10] określa następujące pozomy komfortu w sześcostopnowej skal, w zależnośc od wartośc przyspeszena arms waż : ponżej 0,315 m/s - komfortowo, od 0,315 m/s do 0,63 m/s - neznaczne nekomfortowo, od 0,5 m/s do 1 m/s - dość nekomfortowo, od 0,8 m/s do 1,6 m/s - nekomfortowo, od 1,5 m/s do,5 m/s - bardzo nekomfortowo, powyżej m/s - ekstremalne nekomfortowo. Na rys. 3 4 zostały przestawone poprzeczne (y) ponowe (z) przyspeszena skuteczne w pasmach tercjowych porównane z grancam komfortu podanym w norme ISO z roku Ta wersja normy pozwala na analzę komfortu zwązanego z drganam dla różnych częstotlwośc. Obserwowane drgana dla kerunku poprzecznego (y) są, dla obu pojazdów, na bardzo nskm pozome, dalekm nawet od grancy komfortu. W samochodze są one nawet o dwa rzędy nższe. Inaczej ma sę sytuacja dla kerunku ponowego (z). Tu zdecydowane bardzej ucążlwym jest pojazd samochodowy, dla którego wartość a ( f ) dla najwyższej prędkośc dochodz do grancy ucążlwośc dla nskch częstotlwośc, w paśme z,rms 1-5Hz. Wynka to, zapewne, z pełnego obcążena tego pojazdu, co powoduje, że dla ruchu po nerównej nawerzchn drog zaweszene wchodz w zakres pracy ograncznków ruchu, elementów o dużej sztywnośc. Ważone przyspeszena skuteczne dla kerunków x, y z: ax,rms waż,, ay,rms waż, az,rms waż oblczone według wzorów (1a), (1b) oraz (1c) przestawone są na rys. 5. Drgana dla kerunku wzdłużnego (x) poprzecznego (y), dla obu pojazdów, są na znaczne nższym pozome nż dla kerunku ponowego (z). Samochód charakteryzuje sę mnejszą ucążlwoścą drgań dla kerunku poprzecznego (y), ale dla drgań wzdłużnych (x) szczególne dla drgań ponowych (z) ma już gorsze własnośc. Potwerdzają sę zatem wynk przedstawane w dzedzne częstotlwośc. Wraz ze wzrostem prędkośc ruchu pojazdu rośne pozom drgań, co jest szczególne zauważalne dla samochodu. Tu wzrost prędkośc ze 60 do 140km/h podwaja pozom drgań ponowych (z) wzdłużnych (x). Na rys. 6 przestawone są całkowte ważone przyspeszene skuteczne arms waż stosowane do oceny komfortu zgodne normą ISO 631-1:1997, które są oblczone na podstawe wynków symulacj ruchu samochodu oraz pojazdu szynowego. Zaznaczone przedzały przyspeszena odpowadają pozomom komfortu określonym w tej norme. Ocena całkowtego pozomu drgań w samochodze pojeźdze szynowym potwerdza wcześnej prezentowane wynk. Samochód (na wybranej do analzy drodze, porównywanej z założonym odcnkem toru dla pojazdu szynowego) charakteryzuje sę (dla tej samej prędkośc ruchu) znaczne wększą ucążlwoścą: od 3 do 6-cu razy. W obu pojazdach dyskomfort jazdy rośne wraz ze wzrostem prędkośc. W rozważanym zakrese prędkośc km/h, komfort jazdy pogarsza sę około,5-krotne dla samochodu około -krotne dla pojazdu szynowego. Logstyka 4/015 43

8 a y,rms [m/s ] (a) v=60 km/h v=100 km/h v=140 km/h a y,rms [m/s ] (b) granca komfortu v=60 km/h v=100 km/h v=140 km/h f [Hz] Rys. 3. Poprzeczne przyspeszene skuteczne a y,rms otrzymane na podstawe wynków symulacj ruchu (a) samochodu osobowego na drodze klasy B, (b) pojazdu szynowego na torze klasy QN. Zaznaczona granca komfortu zgodne z normą ISO 631-1:1985 Źródło: [10]. a z,rms [m/s ] (a) 0.8 granca komfortu granca ucążlwośc granca szkodlwośc v=60 km/h 0.6 v=100 km/h v=140 km/h f [Hz] a z,rms [m/s ] (b) f [Hz] f [Hz] granca komfortu v=60 km/h v=100 km/h v=140 km/h Rys. 4. Ponowe przyspeszene skuteczne a z,rms otrzymane na podstawe wynków symulacj ruchu (a) samochodu osobowego na drodze klasy B, (b) pojazdu szynowego na torze klasy QN. Zaznaczone grance komfortu, ucążlwośc szkodlwośc zgodne z normą ISO 631-1:1985. Źródło: [10]. 6. PODSUMOWANIE Przedstawona ocena pozomu drgań w samochodze pojeźdze szynowym wskazuje, że bardzej ucążlwym jest ten perwszy. Dla przyjętych wymuszeń pochodzących od nerównośc podłoża, dla analzowanego zakresu prędkośc km/h, podróż samochodem oznacza znaczne wększą ucążlwość zwązaną z pozomem drgań: od 3 do 6-cu razy. W obu pojazdach dyskomfort jazdy znaczne rośne wraz ze wzrostem prędkośc ruchu. Ne dzw zatem, że wybór pojazdu szynowego jako środka transportu jest uzasadnony z punktu wdzena komfortu jazdy, mmo stotnych zalet poruszana sę samochodem. Opnę tę zdaje sę podzelać welu pasażerów kole. 44 Logstyka 4/015

9 Rys. 5. Ważone przyspeszene skuteczne a µ,rms waż w kerunkach (a) µ = x, (b) µ = y, (c) µ = z otrzymane na podstawe wynków symulacj ruchu samochodu osobowego na drodze klasy B oraz pojazdu szynowego (wagon pasażersk) na torze klasy QN samochód, droga klasy B komfortowo neznaczne nekomfortowo dość nekomfortowo pojazd szynowy, tor klasy QN komfortowo neznaczne nekomfortowo dość nekomfortowo a rms-waż [m/s ] a rms-waż [m/s ] v [km/h] v [km/h] Rys. 6. Całkowte ważone przyspeszene skuteczne arms waż otrzymane na podstawe wynków symulacj ruchu (a) samochodu osobowego na drodze klasy B, (b) pojazdu szynowego na torze klasy QN. Pozome lne przerywane oraz ponowe cągłe oznaczają pozomy komfortu określone w norme ISO 631-1:1997 Źródło: [10]. Informacja Model symulacyjny ruchu samochodu osobowego powstał jako efekt projektu Nr O ROB /ID/11/1 "Symulator kerowana pojazdam uprzywlejowanym podczas dzałań typowych ekstremalnych", dotyczącego budowy symulatora kerowana pojazdam uprzywlejowanym przez frmę ETC-PZL AI z Warszawy. Streszczene Porównane zostały drgana wybranego punktu bryły nadwoza pojazdu drogowego szynowego w trakce ruchu prostolnowego z różną prędkoścą na drodze/torze o losowych nerównoścach, odpowadających stanow rzeczywstemu. Wyznaczono mary statystyczne symulowanych drgań oraz ch obraz w dzedzne częstotlwośc, zgodne z zalecenam Mędzynarodowej Organzacj Standaryzacj (ISO). Wykonane oblczena symulacyjne ruchu dwóch typów środków transportu oraz wyznaczone wskaźnk charakterystyk częstotlwoścowe pozwalają ocenć porównać ucążlwość drgań pochodzących od losowych nerównośc drog/toru dla przewożonych osób/ładunków. Słowa kluczowe: drgana, środek transportu, pasażer, ładunek Logstyka 4/015 45

10 Comparson of smulated vbraton levels affectng passenger/cargo n road and ral vehcles Abstract The smulated vbraton of the vehcle body (road and ral) durng straght-lne moton at dfferent speeds on the road / ral track wth random rregulartes correspondng to the real ones were compared. Statstcal measures of smulated vbratons and ther mage n the frequency doman were determned n accordance wth recommendatons of the Internatonal Organzaton for Standardzaton (ISO). Traffc smulaton calculatons were performed for two types of means of transport. Desgnated ndcators and the frequency characterstcs allow us to assess and compare nusance vbratons levels comng from random rough roads / ral track n passenger/cargo. Keywords: vbraton, means of transport, passenger, cargo LITERATURA [1] Bosch, Automotve handbook, Robert Bosch GmbH, SAE Internatonal. 3 rd 8 th edton, [] Bosch. Praca zborowa, Układ stablzacj toru jazdy ESP, WKŁ. Warszawa 000 r. ISBN [3] Chudzkewcz A., Elementy dagnostyk pojazdów szynowych. Wyd. Inst. Technolog Eksploatacj, Bbloteka Problemów Eksploatacj, Radom 00. [4] Dugoff H., Fancher P.S., Segel L., An analyss of tre tracton propertes and ther nfluence on vehcle dynamc performance. SAE Techncal Paper [5] Esveld K.C., Modern ralway track. MRT Productons, Dusburg [6] Fancher P.S. Jr., Bareket Z., Includng roadway and tread factors n sem-emprcal model of truck tyres. Supplement to Vehcle System Dynamcs, Vol. 1 (1993), pp [7] Gear C.W., Numercal ntal value problems n ordnary dfferental equatons. Prentce-Hall, Englewood Clffs, [8] Gutowsk R., Mechanka analtyczna. PWN. Warszawa 1971 r. [9] ISO/TC 108/53. Reportng vertcal road surface rregulartes. Generalsed vertcal road nputs to vehcles. [10] ISO Mechancal vbraton and shock. evaluaton of human exposure to whole-body vbraton. Part 1: General Requrements. Internatonal Organzaton for Standardzaton, [11] Kalker J.J., A fast algorthm for the smplfed theory of rollng contact. Vehcle System Dynamcs 11, 1 3, 198. [1] Kamńsk E., Pokorsk J., Teora samochodu. Dynamka zaweszeń układów napędowych pojazdów samochodowych. WKŁ. Warszawa [13] Kardas-Cnal E., Bezpeczeństwo komfort jazdy pojazdu szynowego z uwzględnenem losowych nerównośc geometrycznych toru. Monografa. Prace Naukowe PW. Transport. Zeszyt 94. Warszawa 013 r. [14] Kk W., MEDYNA, User Manual. ArgeCare [15] Kardas-Cnal E., Badane statecznośc techncznej stochastycznej modelu matematycznego pojazdu szynowego. Praca doktorska, Poltechnka Warszawska, Warszawa [16] Kslowsk J., Kardas-Cnal E., On a certan method of examnng stablty of mathematcal models of ralway vehcles wth dsturbances occurrng n real objects. Proceedngs of the 13th IAVSD Symposum. Schuan (Chna). Vehcle System Dynamcs 3 n Suppl., 1994, pp [17] Loza Z., Analza ruchu samochodu dwuosowego na tle modelowana jego dynamk. Monografa. Prace Naukowe Poltechnk Warszawskej. Transport. Zeszyt 41. Warszawa [18] Loza Z., Modele symulacyjne ruchu dynamk dwóch pojazdów uprzywlejowanych. Czasopsmo Technczne, zeszyt 8, rok 109. Mechanka, zeszyt 3-M/01. Str [19] Loza Z., Symulatory jazdy samochodem. WKŁ Warszawa 008. ISBN: [0] Marynak J., Dynamczna teora obektów ruchomych. Prace Naukowe PW. Mechanka. Nr 3. Warszawa [1] Notatka GUS. transport_wynk_dzalalnosc_w_013_r_notatka_nformacyja.pdf. [] Raport GUS. [3] Raport UTK. utk.gov.pl/download/1/5834/raportutk150v5.pdf [4] Shnozuka, M., Deodats, G., Smulaton of stochastc processes by spectral representaton. Appled Mechancs Revew, Vol. 44, 1991, pp [5] Towpk K., Infrastruktura transportu kolejowego. Ofcyna Wydawncza PW, Warszawa 009. [6] UIC Code 518 OR. Testng and approval of ralway vehcles from the pont of vew of ther dynamc behavour - Safety Track fatgue-rde qualty. Internatonal Unon of Ralways, nd edton, Aprl Logstyka 4/015