Синтез електромеханічної системи нахилу кузова та рекуперації енергії коливань для швидкісного електропоїзду

Автор(и)

  • Антон Борисович Озулу Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-9524-8006
  • Борис Григорович Любарський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2985-7345
  • Дмитро Ігорович Якунін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3995-3162
  • Оксана Миколаївна Дубініна Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-6928-0325

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288897

Ключові слова:

електромеханічний амортизатор, імітаційна модель, нахил кузова, гасіння коливань, ходова частина

Анотація

Розглянуто питання системи ходової частини швидкісного електропоїзду з нахилом кузова та системою рекуперації коливань. Було розглянуто основні системи підвішування кузова електропоїзду, які використовуються на даний момент. Висвітлено існуючі системи амортизації та альтернативні підходи і рішення для підвищення швидкісних характеристик електрорухомого складу. Висунута основна проблематика цих систем підвішування, яка полягає у відсутності можливості рекуперування коливань, та складності систем для нахилу кузова. Представлені основні габаритні та силові параметри запропонованого перспективного амортизатора. Зроблена порівняльна характеристика основних параметрів електромеханічного амортизатора з пневмо-ресорним. Побудовано імітаційну модель швидкісного електропоїзду з електромеханічним амортизатором у середовищі MATLAB Simulink. Наведені та описані основні блоки імітаційної моделі, завдяки яким можливо виконати імітацію нахилу кузова на заданий кут та імітацію рекуперації енергії коливань.

За результатами моделювання роботи електромеханічного амортизатора у складі ходової частини електровоза визначено, що синтез даної системи дозволяє виконати нахил кузова у 5 градусів за 2 секунди. Також зазначено, що запропонована система дозволяє знизити коливання кузова електропоїзду у 2 рази, та рекуперувати 84 Вт/год енергії коливань. Отримані результати нахилу кузова обумовлені швидкодією механізму, за рахунок відсутності компресорного комплексу, який використовується у пневмосистемі.

Сферою застосування гасника коливань може бути також й автомобільна сфера, за умов додаткового дослідження форми, амплітуди коливань дорожнього покриття та зміни габаритних параметрів відповідно до вимог

Біографії авторів

Антон Борисович Озулу, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Аспірант

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Борис Григорович Любарський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Дмитро Ігорович Якунін, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Оксана Миколаївна Дубініна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор педагогічних наук, кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерної математики і аналізу даних

Посилання

  1. Michell, M., Martin, S., Laird, P. (2014). Building a railway for the 21st century: bringing high speed rail a step closer. Conference on Railway Excellence, Proceedings, 612–621. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/37022707.pdf
  2. Uspensky, B., Avramov, K., Liubarskyi, B., Andrieiev, Y., Nikonov, O. (2019). Nonlinear torsional vibrations of electromechanical coupling of diesel engine gear system and electric generator. Journal of Sound and Vibration, 460, 114877. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.114877
  3. Goolak, S., Liubarskyi, B., Sapronova, S., Tkachenko, V., Riabov, I., Glebova, M. (2021). Improving a model of the induction traction motor operation involving non-symmetric stator windings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (112)), 45–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236825
  4. Kuznetsov, V., Kardas-Cinal, E., Gołębiowski, P., Liubarskyi, B., Gasanov, M., Riabov, I. et al. (2022). Method of Selecting Energy-Efficient Parameters of an Electric Asynchronous Traction Motor for Diesel Shunting Locomotives—Case Study on the Example of a Locomotive Series ChME3 (ЧMЭ3, ČME3, ČKD S200). Energies, 15 (1), 317. doi: https://doi.org/10.3390/en15010317
  5. Liubarskyi, B., Petrenko, О., Iakunin, D., Dubinina, O. (2017). Optimization of thermal modes and cooling systems of the induction traction engines of trams. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (9 (87)), 59–67. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.102236
  6. Goolak, S., Liubarskyi, B., Sapronova, S., Tkachenko, V., Riabov, Ie. (2021). Refined Model of Asynchronous Traction Electric Motor of Electric Locomotive. The proceedings of the 25th International Scientific Conference Transport Means 2021 - Sustainability: Research and Solutions. Kaunas, 455–460.
  7. Karimi Eskandary, P., Khajepour, A., Wong, A., Ansari, M. (2016). Analysis and optimization of air suspension system with independent height and stiffness tuning. International Journal of Automotive Technology, 17 (5), 807–816. doi: https://doi.org/10.1007/s12239-016-0079-9
  8. Yatsko, S., Sidorenko, A., Vashchenko, Y., Lyubarskyi, B., Yeritsyan, B. (2019). Method to improve the efficiency of the traction rolling stock with onboard energy storage. International Journal of Renewable Energy Research, 9 (2), 848–858. Available at: https://www.ijrer.org/ijrer/index.php/ijrer/article/view/9143/pdf
  9. Zuo, L., Zhang, P.-S. (2011). Energy Harvesting, Ride Comfort, and Road Handling of Regenerative Vehicle Suspensions. ASME 2011 Dynamic Systems and Control Conference and Bath/ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control. doi: https://doi.org/10.1115/dscc2011-6184
  10. Kireev, A. V., Kozhemyaka, N. M., Burdugov, A. S., Nazarenko, S. V., Klimov, A. V. (2016). Review on electromagnetic energy-regenerative shock absorbers. Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (11), 2551–2556. Available at: http://docsdrive.com/pdfs/medwelljournals/jeasci/2016/2551-2556.pdf
  11. Galluzzi, R., Circosta, S., Amati, N., Tonoli, A. (2022). Performance comparison between electromechanical and electro-hydrostatic regenerative shock absorbers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1214 (1), 012012. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1214/1/012012
  12. Smith, R. A., Zhou, J. (2014). Background of recent developments of passenger railways in China, the UK and other European countries. Journal of Zhejiang University Science A, 15, 925–935. doi: https://doi.org/10.1631/jzus.a1400295
  13. Abdelkareem, M. A. A., Xu, L., Ali, M. K. A., Elagouz, A., Mi, J., Guo, S. et al. (2018). Vibration energy harvesting in automotive suspension system: A detailed review. Applied Energy, 229, 672–699. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.030
  14. Múčka, P. (2016). Energy-harvesting potential of automobile suspension. Vehicle System Dynamics, 54 (12), 1651–1670. doi: https://doi.org/10.1080/00423114.2016.1227077
  15. Zhao, W., Gu, L. (2023). Hybrid Particle Swarm Optimization Genetic LQR Controller for Active Suspension. Applied Sciences, 13 (14), 8204. doi: https://doi.org/10.3390/app13148204
  16. Maemori, K., Tanigawa, N., Shi, F.-H. (2004). Optimization of a Semi-Active Shock Absorber Using a Genetic Algorithm. Volume 1: 30th Design Automation Conference. doi: https://doi.org/10.1115/detc2004-57115
  17. Zuo, L., Tang, X., Zhang, P. S. (2011). Pаt. No. WO2012015488A1. Electricity generating shock absorbers. Available at: https://patents.google.com/patent/WO2012015488A1/
  18. Gysen, B. L. J., van der Sande, T. P. J., Paulides, J. J. H., Lomonova, E. A. (2011). Efficiency of a Regenerative Direct-Drive Electromagnetic Active Suspension. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 60 (4), 1384–1393. doi: https://doi.org/10.1109/tvt.2011.2131160
  19. Buryakovskiy, S. G., Masliy, Ar. S., Masliy, An. S. (2015). Raschet i optimizatsiya geometricheskikh razmerov lineynogo privoda strelochnogo perevoda monoshpal'nogo tipa. Problemy enerhoresursosberezhennia v elektrotekhnichnykh systemakh, 1 (3), 65–67.
  20. Ozulu, A., Lyubarsky, B. (2023). Calculation of the parameters of the electromechanical shock absorber of the high-speed electric train. Collection of Scientific Works of the State University of Infrastructure and Technologies Series “Transport Systems and Technologies,” 41, 24–34. doi: https://doi.org/10.32703/2617-9059-2023-41-2
  21. Choi, S.-B., Seong, M.-S., Kim, K.-S. (2009). Vibration control of an electrorheological fluid-based suspension system with an energy regenerative mechanism. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 223 (4), 459–469. doi: https://doi.org/10.1243/09544070jauto968
  22. Zuo, L., Scully, B., Shestani, J., Zhou, Y. (2010). Design and characterization of an electromagnetic energy harvester for vehicle suspensions. Smart Materials and Structures, 19 (4), 045003. doi: https://doi.org/10.1088/0964-1726/19/4/045003
  23. Xu, Y., Zhao, J., Huang, J. (2014). Multiple linear motor control system based on FPGA. 2014 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). doi: https://doi.org/10.1109/icems.2014.7013875
  24. Ghule, A. N., Killeen, P., Ludois, D. C. (2021). Sensorless Control of Separately Excited Synchronous Electrostatic Machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 57 (4), 3744–3753. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2021.3076419
  25. Liubarskyi, B., Lukashova, N., Petrenko, O., Pavlenko, T., Iakunin, D., Yatsko, S., Vashchenko, Y. (2019). Devising a procedure to choose optimal parameters for the electromechanical shock absorber for a subway car. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (100)), 16–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176304
Синтез електромеханічної системи нахилу кузова та рекуперації енергії коливань для швидкісного електропоїзду

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Озулу, А. Б., Любарський, Б. Г., Якунін, Д. І., & Дубініна, О. М. (2023). Синтез електромеханічної системи нахилу кузова та рекуперації енергії коливань для швидкісного електропоїзду. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1 (125), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288897

Номер

Том 5 № 1 (125) (2023): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Anton Ozulu, Borys Liubarskyi, Dmytro Iakunin, Oksana Dubinina

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.