UM Train

UM Train - модуль моделирования продольной динамики железнодорожного состава

В рамках программного комплекса “Универсальный механизм” разрабатывается модуль моделирования продольной динамики железнодорожного состава, который полностью автоматизирует процесс создания модели поезда и анализ полученных результатов.

Этот модуль позволяет рассчитывать продольную динамику поезда в режимах выбега, тяги и торможения на пути любой конфигурации. При расчете пользователю доступны не только общие для всех механических систем величины такие как координаты, скорости, ускорения и т.д., но специфичные для поезда величины, например силы в межвагонных соединениях и силы торможения.

UM Train 3D - исследование пространственных колебаний экипажа в составе поезда

Модуль UM Train 3D позволяет включать в состав поезда трехмерные модели железнодорожных экипажей, созданные в модуле UM Loco, например модель трехвагонного сцепа. Это бывает необходимо при исследовании многих железнодорожных задач, например задачи безопасности движения, где для экипажей в составе поезда необходимо анализировать величины показателей, которые могут быть получены только в пространственной постановке, таких как силы отжатия рельсов, коэффициенты устойчивости при вкатывании колес и других. При этом все остальные экипажи поезда, пространственная динамика которых не исследуется, могут быть любыми упрощенными моделями, например одномассовыми.

Методика моделирования

При создании модели исследователь указывает количество единиц подвижного состава, их тип, а также тип поглощающих аппаратов, используемых на соответствующем экипаже.

Мастер создания поезда

Тип экипажа выбирается из базы, включающей модели локомотивов и вагонов, наиболее распространенных на российских железных дорогах. Эта база может быть дополнена моделью любого экипажа. Для этого в самом простом случае достаточно создать графический образ экипажа, задать длину по осям автосцепок, массу экипажа, силы основного сопротивления движению, тяговые характеристики для локомотивов, а также при необходимости силы, специфичные для данного экипажа. Каждая единица подвижного состава в терминах программного комплекса представляет собой подсистему, которая, вообще говоря, может быть моделью любой сложности. Несмотря на то, что в большинстве случаев достаточно одномассовой модели экипажа, в железнодорожный состав может быть включена, например, уточненная модель грузового вагона с трехэлементными тележками или модель трехвагонного сцепа для более подробного анализа динамики отдельного экипажа в поезде (модуль UM Train 3D).

В базе данных модуля также содержатся модели наиболее часто используемых поглощающих аппаратов. В эту базу могут быть добавлены модели с любыми другими характеристиками, описанные с помощью средств программного комплекса.

На следующем шаге указываются модели торможения, используемые на каждом экипаже. При моделировании тормозной силы отдельно рассчитываются сила нажатия тормозной колодки и коэффициент трения между колодкой и колесом. Модель силы нажатия может быть задана двумя способами: с помощью индикаторной диаграммы наполнения тормозного цилиндра или функцией времени. В свою очередь, коэффициент трения может быть задан графиком зависимости от скорости движения и времени. Процесс распространения тормозной волны в главной магистрали задается либо скоростью, либо диаграммой изменения давления в магистрали.

Силы дополнительного сопротивления движению (сопротивление от кривой, от уклона и т.д.) рассчитываются по методикам, описанным в Правилах тяговых расчетов для поездной работы. При этом исследователь может сам выбрать формулу для определения силы сопротивления. Довольно часто при определении продольных сил в поезде необходимо проводить исследования на пути сложной конфигурации как в профиле, так и в плане.

Создание макрогеометрии пути

С помощью инструмента создания макрогеометрии железнодорожного пути в программном комплексе может быть задан путь, который будет набором прямых, переходных кривых, кривых постоянного радиуса и стрелочных переводов в плане и сочетаний различных уклонов в профиле, что позволяет набрать путь любой конфигурации.

Руководство пользователя / презентация

Руководство пользователя для этого модуля доступно на странице загрузки.

 Publications

R. Kovalev, A. Sakalo, V. Yazykov, A. Shamdani, R. Bowey & C. Wakeling 
Simulation of longitudinal dynamics of a freight train operating through a car dumper
Vehicle System Dynamics, Published online: 16 Mar 2016  DOI: 10.1080/00423114.2016.1153115

Полный текст статьи (бесплатный полный доступ для первых 50 скачиваний)

A heavy haul train and car dumper model was created to analyse train longitudinal dynamics during dumping. Influence of such factors as performance curve of draft gears, total free slack in couplers, operating mode of train positioner and braking of last two cars of train on the in-train forces was considered.

Dmitry Pogorelov, Vladislav Yazykov, Nikolay Lysikov, Ercan Oztemel, Omer Faruk Arar & Ferhat Sukru Rende
Train 3D: the technique for inclusion of three-dimensional models in longitudinal train dynamics and its application in derailment studies and train simulators
Vehicle System Dynamics, Published online: 11 Jan 2017  DOI: 10.1080/00423114.2016.1273532

Полный текст статьи (бесплатный полный доступ для первых 50 скачиваний)

Algorithms for simulation of trains as coupled detailed spatial and simplified one-dimensional models of rail vehicles are considered. Such an approach to train dynamics allows evaluation of in-train forces and their influence on dynamic characteristics related, e.g. to the safety problems or ride comfort. Initially, the method has been developed for the analysis of derailment accidents and further it has been implemented as a mechanical solver in six-degrees-of-freedom train simulator TRENSIM, which features are discussed in the paper. An algorithm for parallelisation on multi-core processors for the simulation of rail vehicles and trains is presented.

Maksym Spiryagin, Qing Wu & Colin Cole
International benchmarking of longitudinal train dynamics simulators: benchmarking questions
Vehicle System Dynamics, Published online: 11 Jan 2017  DOI: 10.1080/00423114.2016.1270457

Полный текст статьи (бесплатный полный доступ для первых 50 скачиваний)

Longitudinal train dynamics (LTD) simulations have been playing an instrumental role in the development of larger trains, especially freight trains. LTD simulators have been reported from all around the world, but without standards or standard questions to assess the correct implementation of LTD analysis and the state of LTD studies. Under this situation, the Centre for Railway Engineering initiated the International Benchmarking of Longitudinal Train Dynamics Simulators. Eight teams involving 10 institutions from five countries across three continents have participated in the benchmark and submitted their results. This paper describes the benchmarking questions so other researchers will be able to repeat the simulations in the future and benchmark their programs against the current participating software. The question information includes train configurations and characteristics of the wagon connection system, locomotive traction and dynamic brake characteristics, resistance formula, track data, train driving controls and output requirements. The question information will also enable researchers to replicate the benchmark by providing relevant formulas, data sheets, figures and descriptions.