Den Ausgangspunkt für diese Arbeit bilden starke Schwingungen bei Bogenfahrt von Stadtbahnzügen der Stuttgarter Straßenbahnen AG. Die Schwingungen werden im Fahrzeuginneren als spürbare Vibrationen des Fußbodens im Frequenzbereich um 80 Hz und als starkes Dröhngeräusch wahrgenommen. Im Vorfeld der Arbeit haben Messungen am Fahrzeug ergeben, dass die Schwingungen am bogeninneren Rad des ersten Radsatzes entstehen, so dass aufgrund der vorliegenden hohen Querschlüpfe im Rad-Schiene-Kontakt eine reiberregte Schwingung naheliegt. Von dort breiten sich die Schwingungen bis in den Wagenkasten aus. Die Messergebnisse ermöglichen aber weder eine eindeutige Identifikation des Entstehungsmechanismus der Schwingung noch offenbaren sie die bestimmenden Parameter. In der Literatur werden verschiedene Mechanismen beschrieben, nach denen es zu Schwingungen bei Bogenfahrt von Schienenfahrzeugen kommen kann. Die Schwingungen treten häufig im Zusammenhang mit Riffeln, Schlupfwellen oder Radpolygonen auf. Allerdings findet sich darunter keine exakt auf das gemessene Schwingverhalten passende Beschreibung. Die Analyse des Entstehungsmechanismus erfolgt mit einem Mehrkörper-Modell von Fahrzeug und Fahrweg im Simulationsprogramm SIMPACK, dessen obere Gültigkeitsgrenze durch die Berücksichtigung der wesentlichen Strukturelastizitäten von einer Frequenz von 20 Hz auf rund 200 Hz erweitert wird. Nach Identifikation der unsicheren Modellparameter gelingt es damit den Entstehungsprozess der Schwingungen und deren Ausbreitung im Fahrzeug im Zeitbereich sehr genau nachzubilden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird der Mechanismus in einem Ersatzmodell mit drei Freiheitsgraden nachgebildet, an dem sich der qualitative Einfluss der bestimmenden Parameter aufzeigen lässt. Diese bestehen im Wesentlichen aus den dynamischen Eigenschaften der Radsätze und des Gleises sowie dem Reibungsverhältnis im Rad/Schiene-Kontakt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden Maßnahmen zur Minderung der Schwingungen abgeleitet und deren Minderungspotenziale quantitativ im Gesamtmodell ermittelt. Mit dieser Arbeit wird die generelle Verwendbarkeit derartiger Modelle zur Analyse oder Vorhersage von Fahrzeug-Fahrweg-Schwingungen bis in einen Frequenzbereich von 200 Hz demonstriert und die notwendigen Entwicklungen zu einer weiteren Vergrößerung des Frequenzbereichs aufgezeigt.

    The starting point for this work is given by heavy vibrations of light railways of the Stuttgarter Straßenbahnen AG running through curves. Inside the vehicles these vibrations are recognized due to the vibrating floor - vibrating at a frequency of about 80 Hz - and a loud roaring sound. Prior measurements led to the conclusion that the vibrations arise on the inner wheel of the leading wheelset spreading out to the car body. Because of the existing high lateral creepage in the contact section between wheel and track, the suggestion of a friction induced vibration seems to be reasonable. Neither the influencing parameters nor the causation process can be clearly identified in the results of the measurements. There are different mechanisms described in further literature which can cause vibrations in trains while running through curves. The vibrations often occur together with corrugation or wheel polygons. But among those an exact description for the vibrations examined during the measurements cannot be found. The analysis of the originating process is carried out by a multi-body system consisting of vehicle and track using SIMPACK and extending its validity by considering the main structure elasticities from frequencies around 20 Hz up to around 200 Hz. After identifying the uncertain parameters of the model used, the origin of the vibrations and their spreading in the vehicle Can be simulated very precisely in the time domain. Relying on these cognitions the identified mechanism is simulated in an analogous model with three degrees of freedom, in which the qualitative impact of the determinant parameters is pointed out. The determinant parameters mainly consist of both the dynamic features of wheelsets and track and the friction ratio in the wheel rail contact. Measures for minimizing the vibrations are being derived from these conclusions and their potentials are quantified in the complete model. This work demonstrates the general applicability of such models for analysing or predicting vehicle track vibrations up to frequencies around 200 Hz and reveals the necessary developments for a further extension of the frequency domain.


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    Title :

    Methoden zur Minderung mittelfrequenter Schwingungen bei Bogenfahrt im Schienennahverkehr


    Contributors:


    Publication date :

    2008


    Size :

    161 Seiten, Bilder, Tabellen, 139 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German