Пропонується підвищити надійність і економічність струмознімання, за рахунок модернізації відповідних апаратів – струмоприймачів.

Вирішення задачі досягається зменшенням контактних динамічних зусиль при раптових або ударних впливах пружних вставок між контактним елементом і рамою, а також між струмоприймачем та дахом вагону. Надійність та довговічність конструкції пов’язана з її резонансними властивостями та характеристиками збудження.

Для визначення впливу пружності вставок на динамічні характеристики конструкції побудована математична модель коливань трамвайного струмоприймача (рис. 5.17). Збудження коливань кінематичне, пов’язане з переміщенням точок кріплення струмоприймача до вагону, що коливається. При цьому рух стержневих елементів описується рівняннями технічної теорії коливань:

; , (5.1)

де ξ_п – безрозмірна координата вздовж п-го стержня; y_n, u_n – поперечні і повздовжні переміщення стержнів; F_n, l_n, I_n – площа, довжина та момент інерції перерізів відповідно; Е_п – модуль пружності; ρ – густина матеріалу; t – час.

У працях, присвячених числовому аналізу коливань струмознімання, звичайно будується спрощена одно- або двохмасова модель. Стержневі елементи заміняються масою без достатнього обгрунтування такої заміни [278, 279]. Одержана дискретна модель зручна для аналізу динамічних явищ, але результати можуть містити значні погрішності із-за невідповідності основних динамічних характеристик континуальної та дискретної систем.

Для виключення цих погрішностей використана модель рамної конструкції струмоприймача із застосуванням рівнянь вигибних і поздовжніх коливань стержнів. Враховується симетрія конструкції, що дозволяє значно скоротити обсяг обчислень.

Рівняння руху стержнів (рис. 5.17) доповнюються граничними умовами на їхніх краях. Пружний елемент С характеризує жорсткість пружної вставки між контактним елементом і рамою струмоприймача, С₁ – між струмоприймачем і дахом вагону, а С₂ характеризує жорсткість контактного проводу.

Рис. 5.17.

Використані у праці геометричні умови (із-за громоздкості тут не приводяться) у вузлах з’єднаннястержнів виражають рівність відповідних компонент переміщень, а динамічні умови (у цих та інших вузлах розрахованої системи) виражають умови динамічної рівноваги вузлів у відповідності з принципом Даламбера. Беручи ; , приводимо (5.1) до звичайних диференційних рівнянь

; ,. (5.2)

де ;

Рішення рівнянь (5.2) подаються через переміщення v⁽⁰⁾, v⁽¹⁾ та кути повороту γ⁽⁰⁾, γ⁽¹⁾ країв [548, 549] так:

;

. (5.3)

Значення сил і моментів на краях стержнів з урахуванням (5.3) можна записати (індекси п опускаємо) у вигляді:

;

;

; (5.4)

;

;

,

де Q(0), Q(1) – сили, а М(0), М(1) – моменти при вигибних коливаннях; N(0), N(1) – сили при поздовжніх коливаннях.

Значення функцій F₁,…, F₈ містяться у праці [279] і тут нет приводяться.

Підстановка (5.1) і (5.4) у граничні умови та виконання відповідних перетворень приводить до наступної системи 13 алгебраїчних рівнянь відносно невідомих параметрів переміщень:

…………………………………………………………………………(5.5).

Для знаходження резонансних частот визначаються амплітудно-частотні характеристики. Для зменшення обсягу обчислень розсіювання енергії у елементах не враховується. Система (5.5) вирішується з допомогою ПЕОМ.

В розрахунках варіювалижорсткість пружних вставок С, С₁ та жорсткість контактної підвіски С₂. У результаті одержано ряд АЧХ трамвайного струмоприймача.

На рис. 5.18 показані АЧХ струмоприймача при зміні значення жорсткості пружної вставки між контактним елементом та рамою.

Одержано залежності резонансних частот системи від характеристик пружних елементів. На рис. 5.19 наведена залежність основної резонансної частоти системи від жорсткості пружних елементів між контактною вставкою і рамою, струмоприймачем і дахом вагону відповідно.

Графіки залежностей показують, що відповідним підбором пружних вставок можливо керувати основними резонансними частотами. При малих значеннях жорсткості пружних вставок резонансні частоти трамвайного струмоприймача зменшуються до частот збурення(рис. 5.19).

Рис. 5.18.

Одержані дані можна використовувати при побудові (на основі принципа відповідності вібраційних характеристик) спрощеної дискретної моделі струмоприймача для дослідження динамічних явищ у режимах експлуатації транспортного засобу.

Рис. 5.19