长大特货车的动态稳定性与动载荷分析

论文摘要

D35钳夹车是长大特货车的主力车型之一,整车由如下部件组成:8个三轴H构架式转向架（简称3轴H转向架）、4个小底架、2个大底架和车体,车体利用摩擦作用实现两种联挂形式:空载短联挂和重载长联挂。该特种车辆可以采用两种导向方式:内导向和外导向。为了降低在顺坡段通过时车体侧扭变形,采用了液压旁承技术,即同侧旁承油缸连通。D35复杂动力学系统具有如下三个主要难点:重载长联挂的曲线通过横向稳定性;长大车体的内力约束复杂性;空载短联挂的回放横向稳定性。本文在T450落下孔车刚柔耦合系统仿真分析工作基础上,进一步完善了大型刚柔耦合系统建模及其柔性体接口处理技术对策,并利用如下模板建立的子系统组装整车模型:3轴H转向架、小底架、大底架和（长联挂和短联挂）车体。根据静液压原理,将液压旁承简化为旁承油缸活塞位移的代数和为零。为了分析在干摩擦作用下3轴H转向架的动态性能,提出了采用连续摩擦计算模型来描述诸如承载鞍和旁承等摩擦力。在直顶式斜楔受力分析基础上,建立了1轴、3轴轴箱变摩擦悬挂。由于具有过约束和摩擦约束的钳夹梁静态变形复杂,根据受力分析将复杂约束划分为主要约束（如定位约束）和辅助约束（如局部增强约束）。以最少的约束模态实现主要约束,利用弹性内力约束逼近辅助约束。D35大型刚柔耦合系统仿真试验对比表明:仿真结果不仅其动态行为规律是与试验基本吻合的,而且也给出了某些试验现象的合理解释。如在完全相同的车况条件下,导向销横向力所引起的动应力系数实测结果为1.366;而动态仿真所给出的动荷系数是1.343。对于空载短联挂,最高直线试验速度为110km/h,而保守的回放仿真验证临界速度为100km/h,其“摆尾”现象是由四位小底架上刚性辊子旁承摩擦激振引起的。对于重载长联挂小半径曲线通过的安全性,按照内导向和外导向方式,给出了与试验规律相吻合的减载率变化曲线对比,并提出了如下建议:为了降低轴重减载率,在小半径曲线内导向通过时有必要超高（20-30mm）,而在最小半径曲线外导向通过时则应尽量减小超高。本文在D35钳夹车的系统内力、轮轨安全性和车辆限界等分析中采用了如下新的建模仿真技术:（1）柔性体接口处理技术;（2）参数化、模块化的模板建模技术;（3）刚性等值预载法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一. 长大特货车发展综述
• 二. 课题研究背景及意义
• 三. 现有研究现状及问题
• 第一章 刚柔耦合动力学
• 1.1 柔性体的模态缩减
• 1.1.1 模态的分类及定义
• 1.1.2 界面固定模态综合法
• 1.1.3 固定界面法中自由度的缩减
• 1.2 模态力与预载
• 1.3 刚柔耦合基本理论
• 1.3.1 刚柔耦合的方式
• 1.3.2 内力约束
• 1.3.3 模态截取
• 1.4 侧承梁和钳夹梁受力分析
• 本章小结
• 第二章 车辆动力学
• 2.1 转向架的蛇形运动
• 2.1.1 轮轨接触的非线性
• 2.1.2 斜楔等效摩擦连续模型
• 2.1.3 非线性弹性约束
• 2.2 车辆振动与弹簧悬挂
• 本章小结
• 第三章 长大特货车组装模型
• 3.1 模板模型及模板组装的接口关系
• 3.1.1 模板模型
• 3.1.2 接口关系
• 3.2 转向架模板模型
• 3.3 小底架模板模型
• 3.4 大底架模板模型
• 3.5 车体模板模型
• 3.5.1 柔性体约束与模态
• 3.5.2 空载短联挂车体
• 3.5.3 重载长联挂车体
• 3.6 整车组装模型
• 3.7 等值预载
• 本章小结
• 第四章 横向稳定性分析
• 4.1 运动稳定性定义及判定
• 4.2 转向架横向动力学性能
• 4.2.1 加载曲线虚拟测试
• 4.2.2 摩擦蠕动与滑动过程
• 4.2.3 临界速度分析
• 4.3 空车回放性能
• 4.3.1 空车回放速度验证
• 4.3.2 辊子旁承摩擦激振
• 本章小结
• 第五章 曲线通过能力分析
• 5.1 曲线线路计算原理
• 5.2 轨道不平顺
• 5.3 曲线通过性能
• 5.3.1 内导向曲线通过
• 5.3.2 外导向曲线通过
• 5.3.3 极限工况的风荷作用
• 本章小结
• 第六章 长大特货车的限界安全性
• 6.1 限界安全性定义及评价标准
• 6.2 不同线路上的限界分析
• 6.2.1 车体侧移
• 6.2.2 车体扭转变形
• 6.2.3 重物提升
• 6.3 安全销横向力
• 6.4 复杂线路限界安全性
• 6.4.1 S 形曲线仿真
• 6.4.2 夹线仿真
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A D35 钳夹车动力学基本参数
• 附录B LM 踏面几何关系
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢