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高速列车横向半主动减振器的设计与研究

2020-12-15阅读(803)

高速列车横向半主动减振器的设计与研究

论文摘要

高速是世界铁路客运的发展方向,也是我国铁路交通提高市场竞争力的主要手段。铁路提速在缩短了城市间运行时间的同时也带来了一系列的问题,其中,车辆的横向振动加剧就是阻碍列车高速运行的主要障碍之一。悬挂系统是影响车辆动力学性能的重要部件,采用能根据车辆运行状态实时调整悬挂参数的半主动悬挂系统是提高车辆运行平稳性、舒适性和安全性的一条有效途径。半主动悬挂利用可变阻尼减振器实时调节阻尼力大小,具有能耗低、安全性好和结构相对简单等优点,近年来受到各国铁道车辆研制人员的密切关注。横向半主动减振器是半主动悬挂系统的关键部件,它能根据车辆的运行状况实时地调节阻尼力,从而改善车辆的横向振动情况。半主动减振器几乎不需要消耗外界能量,又能达到较好的减振效果,安装维护方便,有着广泛的应用前景。本文介绍了铁道车辆横向半主动减振器的控制策略和对车辆横向振动的控制原理,确定了半主动减振器的结构方案,具体阐述了横向半主动减振器的结构及其工作原理,并作了各种工作状态下的理论分析。根据铁道车辆半主动悬挂系统的要求,完成了横向半主动减振器的结构设计,并运用三维造型软件Pro/ENGINEER对其进行实体造型设计。运用系统工程高级建模与仿真软件AMESim对半主动减振器的液压系统进行仿真分析,验证了液压系统设计和理论分析的正确性。利用虚拟样机软件之间的接口建立起多领域联合仿真平台,在ADAMS/Rail、AMESim和Simulink软件中分别建立铁道车辆的动力学仿真模型、半主动减振器的液压系统模型和控制系统模型,最后进行多领域联合仿真分析。通过仿真分析研究了半主动减振器对车体和转向架横向振动情况的影响,并与被动减振器进行对比分析。同时,还分析了车辆在半主动减振器失效保护状态下运行的动力学性能。仿真结果表明：半主动减振器能有效衰减车体的横向振动,改善列车的乘坐舒适性,此外,半主动减振器还具有良好的失效导向安全性,可在控制系统失效时保证列车运行稳定性基本指标达到要求,确保列车运行的安全性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 论文的选题背景
  • 1.2 铁道车辆的悬挂方式
  • 1.2.1 被动悬挂
  • 1.2.2 主动悬挂
  • 1.2.3 半主动悬挂
  • 1.2.4 三种类型悬挂系统的比较
  • 1.3 半主动悬挂的控制策略
  • 1.4 半主动减振器的研究概况
  • 1.4.1 国外半主动减振器的研究及发展现状
  • 1.4.2 国内半主动减振器的研究及发展现状
  • 1.5 本论文的主要工作
  • 第2章 铁道车辆横向半主动控制原理
  • 2.1 横向半主动悬挂系统的配置
  • 2.2 天棚阻尼控制原理
  • 2.3 改进型天棚阻尼控制
  • 2.4 模糊控制器
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 半主动减振器的方案及结构设计
  • 3.1 阀控式半主动减振器的原理
  • 3.1.1 结构原理
  • 3.1.2 工作原理
  • 3.2 电液反比例溢流阀
  • 3.3 模糊控制器的设计
  • 3.4 半主动减振器的理论分析
  • 3.4.1 失效保护状态下的理论推导
  • 3.4.2 半主动状态下的理论推导
  • 3.5 半主动减振器的结构设计
  • 3.6 半主动减振器的结构有限元分析
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 半主动减振器的建模与仿真
  • 4.1 AMESim软件简介
  • 4.2 AMESim的使用
  • 4.3 半主动减振器的AMESim建模与仿真分析
  • 4.3.1 电磁阀3的AMESim模型
  • 4.3.2 半主动减振器的AMESim模型
  • 4.3.3 仿真分析
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 联合仿真建模
  • 5.1 联合仿真的方式
  • 5.2 软件的环境设置
  • 5.2.1 ADAMS/Rail与AMESim的接口设置
  • 5.2.2 AMESim与Simulink的接口设置
  • 5.3 联合仿真的原理
  • 5.4 联合仿真的步骤
  • 5.4.1 ADAMS/Rail中建立整车动力学模型
  • 5.4.2 联合仿真相关文件的输出
  • 5.4.3 建立系统的AMESim模型
  • 5.4.4 建立控制系统模型
  • 5.4.5 进行联合仿真
  • 5.5 联合仿真模型的建立
  • 5.5.1 建立整车动力学模型
  • 5.5.2 ADAMS/Rail模型文件的输出
  • 5.5.3 车辆运行仿真工况的设置
  • 5.5.4 建立AMESim模型
  • 5.5.5 建立控制系统模型
  • 5.5.6 进行联合仿真
  • 5.6 本章小结
  • 第6章 联合仿真的结果分析
  • 6.1 车辆仿真模型主要参数
  • 6.2 轨道不平顺
  • 6.3 联合仿真结果
  • 6.3.1 无横向减振器时的仿真结果
  • 6.3.2 被动悬挂和半主动悬挂仿真结果的时域分析
  • 6.3.3 被动悬挂和半主动悬挂仿真结果的频域分析
  • 6.3.4 横向半主动减振器的仿真曲线
  • 6.3.5 横向半主动减振器失效保护时的仿真结果
  • 6.3.6 车辆运行平稳性
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 联合仿真的inf属性文件
  • 附录2 联合仿真的acf属性文件
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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