四轴轨道加载车动力学分析

论文摘要

随着铁路事业的快速发展,对铁路运行基础的线路工程的研究,也由以往的理论研究向以实体工程为研究对象的线路整体研究法转变。轨道加载车成为其中不可缺少的工具。国内外公开文献中主要是有关结构和加载性能方面的介绍,未见关于轨道加载车动力学的研究内容,因此对轨道加载车的动力学性能进行计算分析有着重大意义。本文通过理论分析和动力学仿真两种方法对四轴轨道加载车进行分析,以验证本文四轴轨道加载车参数方案的可行性。首先从轮重减载率安全性角度出发,通过静力学分析了曲线超高、垂向载荷以及横向载荷等因素对静态轮重减载率的影响规律。各因素引起的轮重减载率变化量与其成正比。垂向载荷和横向载荷引起的轮重减载率变化量还与轴重成反比。综合以上影响,以倾覆系数安全极限0.8为标准,计算了不同载荷下轴重的最小安全极限值。然后从稳定性角度出发,通过简化数学模型分析了四轴轨道加载车连挂运行、加载装置的线性稳定性,以及垂向载荷对加载车线性稳定性的影响。此外还推导简化公式,理论计算了车体沉浮、横摆与构架沉浮、横摆的固有频率,与后面仿真结果接近。最后利用多体动力学软件建立四轴轨道加载车在不同工况下的动力学仿真模型,计算分析了加载车的稳定性,平稳性以及曲线通过性能。加载车具有能满足运行要求的线性和非线性临界速度,其中同时施加垂向和横向载荷的移动加载LZY工况的非线性稳定性最差。除了速度50km/h～70km/h时LZY工况的轮重减载率超过我国标准极限值外,四轴轨道加载车的其他工况都具有良好的直线平稳性。四轴轨道加载车曲线通过时,垂向荷载125kN单独作用下,可以安全通过计算的R300m与R1100m曲线工况；垂向、横向载荷同时作用时,当横向载荷向外轨施加时个别速度下的轮重减载率会超过我国标准的极限值,但是可以满足美国标准。通时计算结果分析,发现轮重减载率是轨道加载车安全运用的关键因素,在设计和运用过程中应该采取措施尽可能降低轮重减载率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的选题研究背景
• 1.2 国外轨道加载车的发展现状
• 1.3 国内线路动态加载技术发展现状
• 1.4 本文研究内容和主要工作
• 第2章 轨道加载车的理论分析
• 2.1 轨道加载车的移动加载装置
• 2.2 轨道加载车安全性分析
• 2.2.1 外轨超高对轮重减载率的影响
• 2.2.2 垂向载荷对轮重减载率的影响
• 2.2.3 横向载荷对轮重减载率的影响
• 2.2.4 轴重的选取
• 2.3 加载车横向稳定性理论分析
• 2.3.1 连挂轨道加载车稳定性
• 2.3.2 加载装置稳定性
• 2.3.3 垂向载荷施加对车辆稳定性的影响
• 2.4 轨道加载车定点加载工况分析
• 2.4.1 倾覆安全性
• 2.4.2 振动频率
• 2.5 本章小结
• 第3章 四轴轨道加载车的模型建立
• 3.1 连挂运行工况的仿真模型
• 3.2 移动加载运行情况下的车辆物理模型
• 3.2.1 加载装置模型
• 3.2.2 移动加载整车模型
• 3.3 轮/轨匹配关系
• 3.4 移动加载工况
• 3.5 移动加载模型计算的特殊性
• 3.6 评判标准
• 3.6.1 平稳性指标
• 3.6.2 轮轴横向力
• 3.6.3 脱轨系数
• 3.6.4 轮重减载率
• 3.7 本章小结
• 第4章 轨道加载车稳定性分析
• 4.1 连挂加载车的准线性和非线性稳定性
• 4.1.1 连挂加载车准线性分析
• 4.1.2 连挂加载车非线性稳定性
• 4.2 移动加载车准线性和非线性稳定性
• 4.2.1 移动加载车准线性稳定性
• 4.2.2 移动加载车非线性稳定性
• 4.3 本章小结
• 第5章 轨道加载车直线运行平稳性能分析
• 5.1 轨道加载车连挂运行直线平稳性
• 5.2 轨道加载车移动加载直线平稳性
• 5.2.1 LZ——垂向恒载工况
• 5.2.2 LZY——垂向横向恒载工况
• 5.3 本章小结
• 第六章 轨道加载车的曲线通过性能分析
• 6.1 连挂工况曲线通过性能
• 6.2 移动加载工况曲线通过性能
• 6.2.1 R300m曲线通过性能
• 6.2.2 R1100m曲线通过性能
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 攻读硕士学位期间发表的论文