450吨钳夹车刚柔耦合动态仿真分析

论文摘要

随着国民经济的迅速发展和西部大开发战略的实施,特别是三峡水电站建设和西电东输等重点工程的相继开工,对大型、超大型设备需求日益增加,急需超大型货车以满足铁路特种运输的需要。450吨钳夹车(系列型号DQ45)是新型研制的大型特种车,以满足三峡水电站大型发电设备运输的需要。该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,重载长联挂车体包括重物、钳夹梁、导向梁等,其中钳夹梁利用车耳和压柱油缸压紧重物,并由安全销限制重物相对钳夹梁的横移,该特种车辆可以采用3种导向方式:内导向、中导向和外导向。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。由于该车十分庞大,如何保证其运行时安全稳定性就变得非常重要,为此结合该钳夹车的结构特点,本文利用基于模板的建模技术建立了整车刚柔耦合模型进行了刚柔耦合动态仿真分析。为了解决多体动力学与结构动力学系统集成规模问题,满足刚柔耦合动态仿真精度的要求,采用了柔性体接口处理对策。为了解决摩擦力不连续所带来的仿真计算问题采用了连续摩擦计算模型。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。本课题是在350吨钳夹车成功研制的经验上进行的多种复杂线路条件的刚柔耦合动态仿真,不仅提高了心盘旁承等内力水平,而且在轮轨安全、钳夹梁挠度变形与动应力变化等方面取得了进展。动态仿真结果表明:DQ45的结构设计可以保证钳夹梁和重物的横向稳定性,但也存在2、3位四轴转向架的构架偏载问题,为此,通过仿真对比提出了增大承载鞍横移的安全技术对策,并建议在小半径曲线通过时慢速通过,这些都已得到试验线路的验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 课题研究的主题内容
• 1.2.1 课题研究的内涵
• 1.2.2 课题的难点
• 1.2.3 课题的主要观点
• 1.3 国内外钳夹车发展现状
• 1.3.1 国内外长大特货车辆发展与应用
• 1.3.2 刚柔耦合理论发展综述
• 1.3.3 多轴构架式转向架
• 1.3.4 研究方案
• 本章小结
• 第二章 大型车辆系统刚柔耦合动力学基础
• 2.1 柔性体规模缩减
• 2.1.1 约束模态和固有模态
• 2.1.2 模态综合法
• 2.2 模态力与预载
• 2.3 刚柔耦合
• 2.3.1 刚柔耦合方式
• 2.3.2 柔性体运动方程
• 2.3.3 内力约束
• 2.3.4 模态截取
• 2.4 柔性体接口处理技术
• 2.5 钳夹梁受力分析
• 2.6 多体系统拓扑关系与子系统接口关系
• 本章小结
• 第三章 DQ45 钳夹车重载长联挂整车模型的组装
• 3.1 DQ45 钳夹车结构特点
• 3.2 模板接口关系
• 3.3 DQ45 钳夹车模板及整车组装模型
• 3.3.1 构架式转向架模板
• 3.3.2 构架式转向架计算分析时几个非线性问题的处理
• 3.3.3 小底架模板
• 3.3.4 大底架模板
• 3.3.5 柔性车体模板
• 3.3.6 DQ45 钳夹车整车模型的组装
• 3.4 车体预载
• 本章小结
• 第四章 直线静态及重物提升与侧移仿真分析
• 4.1 直线静态载荷分析
• 4.1.1 心盘旁承载荷
• 4.1.2 车耳静态载荷
• 4.1.3 压柱油缸静态载荷
• 4.1.4 静态撑杆约束力
• 4.1.5 静态轮轨力
• 4.1.6 钳夹梁静挠度
• 4.2 重物提升与横向侧移动作仿真分析
• 4.2.1 重物提升动作仿真
• 4.2.2 重物横向侧移动作
• 本章小结
• 第五章 系统内力分析
• 5.1 曲线线路计算算法
• 5.2 大超高S 型曲线运行时系统内力分析
• 5.2.1 大超高心盘旁承载荷
• 5.2.2 大超高横向载荷
• 5.2.3 大超高车耳载荷
• 5.2.4 大超高压柱油缸载荷和安全销横移
• 5.2.5 大超高撑杆约束力
• 5.2.6 大超高钳夹梁挠度
• 5.2.7 柔性车体大超高侧扭
• 5.3 小半径曲线通过系统内力分析
• 5.3.1 外导向小半径曲线通过分析
• 5.3.2 外导向小半径曲线通过心盘旁承载荷
• 5.3.3 外导向小半径曲线通过横向载荷情况
• 5.3.4 外导向小半径曲线车耳载荷
• 5.3.5 外导向小半径曲线压柱油缸载荷
• 5.3.6 外导向小半径曲线撑杆约束力
• 5.4 侧线小半径曲线中导向、内导向通过时内力分析
• 5.4.1 中导向小半径曲线心盘旁承载荷
• 5.4.2 中导向小半径曲线横向载荷情况
• 5.4.3 中导向小半径曲线车耳载荷和压柱油缸载荷
• 5.4.4 中导向小半径曲线撑杆约束力钳夹梁挠度
• 5.4.5 大心盘重物横向位移情况
• 5.5 内导向小半径曲线通过内力分析
• 5.6 小半径曲线通过时运行总结
• 本章小结
• 第六章 轮轨安全分析
• 6.1 大超高曲线通过时轮轨力
• 6.2 小半径曲线通过时轮轨安全分析
• 6.2.1 外导向小半径曲线轮轨安全分析
• 6.2.2 增大承载鞍横移安全对策
• 6.2.3 外导向小半径曲线轮轨力
• 6.3 侧线小半径曲线中导向、内导向通过分析
• 6.3.1 轮轨安全性分析
• 6.3.2 中导向小半径曲轮轨力
• 6.3.3 内导向曲线通过
• 6.4 针对2、3 位构架偏载的安全对策
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A DQ45 钳夹车动力学基本参数
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢