高速动车弹性架悬式驱动装置动力学性能研究

论文摘要

高速铁路的发展离不开高速铁路车辆的发展,而高速铁路车辆的发展又离不开高速转向架的发展。转向架作为铁道机车车辆的重要组成部件,起着承载、驱动、转向和制动等重要作用,其结构是否合理直接决定了列车运行品质及动力学性能和行车安全。目前,我国的高速铁路以京津、京沪、武广等客运专线为代表。高速铁路车辆主要有CRH1 CRH2、CRH5和CRH3型动车组。其中,运营速度最高的是时速350km的CRH3型动车组。本论文参照已有高速动车组转向架,对高速动力转向架的主要结构特点做了介绍,重点分析了驱动装置弹性架悬结构,并对电机吊杆进行了有限元分析,计算了不同工况条件下吊杆的应力分布状态以及在极限受力工况下吊杆的变形情况。利用SIMPACK多体动力学分析软件建立动车模型,该模型详细考虑了牵引电机弹性架悬式的结构特点,特别将牵引电机及其安装支架作为独立部件(即独立质量)专门在系统中加以考虑,同时将该牵引电机的悬吊元件用三向弹簧来模拟,并在牵引电机和构架之间设置了减振器和电机止挡。计算分析了动车模型的临界速度、直线轨道上的动力学性能以及曲线通过能力,同时对比计算了弹性架悬动车与刚性架悬动车两种模型的差别。计算结果显示,所建立的动车模型能够满足高速运行的动力学要求。相比刚性架悬结构,牵引电动机采用弹性架悬结构的动车有更高的线性和非线性临界速度。在计算模型中,弹性架悬结构模型的线性临界速度为825km/h,非线性临界速度为750km/h。刚性架悬结构的模型线性临界速度为575km/h,非线性临界速度为460km/h。在直线上运行时弹性架悬结构动车有更好的动力学性能。如动车在直线上以350km/h的速度运行时弹性架悬结构动车和刚性架悬结构动车对应的车体前端平稳定指数wz最大值分别为2.36和2.41,第一轮对轮轨间横向作用力最大值分别为12.16kN和13.2kN。在曲线上两种结构模型的动力学性能相差不大。通过变参数计算分析了电机弹性悬挂主要参数对动车动力学性能的影响,研究了动车模型中各部件对电机吊挂参数的敏感度。最后根据对计算结果的分析,对电机吊杆的横向刚度、垂向刚度以及电机减振器阻尼参数进行了参数优化,得到了以上参数的优化值分别为6kN/mm、30kN/mm和20kN·s/m。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 高速动车组动力转向架概述
• 1.2.1 国外高速动车组及其转向架介绍
• 1.2.2 国内高速动车组发展及其转向架介绍
• 1.3 论文主要工作
• 第二章 高速动车转向架及驱动装置悬挂结构分析
• 2.1 高速动车转向架概述
• 2.1.1 高速动车转向架特点
• 2.1.2 轮对、轴箱结构
• 2.1.3 空气弹簧装置
• 2.1.4 抗侧滚扭杆
• 2.1.5 牵引拉杆
• 2.2 驱动装置结构设计
• 2.2.1 驱动装置弹性架悬结构原理
• 2.2.2 电机弹性架悬电机吊杆结构
• 2.2.3 电机吊杆建模及强度分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 高速动车动力学模型
• 3.1 动车动力学模型化原则
• 3.2 建立高速动车转向架动力学模型理论
• 3.2.1 系统坐标变换及轮轨力
• 3.2.2 轨道不平顺与轨道谱
• 3.2.3 高速动车动力学模型方程
• 3.3 高速动车组动车单元动力学模型
• 3.3.1 模型自由度及广义坐标
• 3.3.2 轮轨接触几何关系
• 3.3.3 动车动力学模型中的非线性
• 3.3.4 高速动车动力学模型主要参数
• 3.4 本章小结
• 第四章 高速动车转向架动力学性能
• 4.1 高速动车转向架动力学性能
• 4.2 高速动车转向架动力学性能评价标准
• 4.2.1 车辆运行平稳性指标
• 4.2.2 车辆运行平稳性指标
• 4.2.3 车辆运行安全性及评价指标
• 4.2.4 其它判定标准
• 4.3 高速动车稳定性分析
• 4.3.1 线性临界速度分析
• 4.3.2 非线性临界速度分析
• 4.4 高速动车直线上平稳性分析
• 4.5 高速动车转向架直线上安全性分析
• 4.5.1 直线上轮轨横向作用力
• 4.5.2 直线上轮轴横向作用力
• 4.5.3 轮重减载率
• 4.6 高速动车转向架曲线上动力学性能
• 4.6.1 曲线上车体垂向、横向加速度
• 4.6.2 曲线上轮轨横向作用力
• 4.6.3 曲线上轮轴横向作用力
• 4.6.4 曲线上轮重减载率
• 4.6.5 曲线上整车磨耗功率
• 4.7 本章小结
• 第五章 驱动装置悬挂参数优化
• 5.1 牵引电机吊杆横向刚度优化
• 5.2 牵引电机吊杆垂向刚度优化
• 5.3 牵引电机减振器阻尼优化
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文