论文摘要
随着我国实施第六次大提速和新的列车运行图,高速列车已融入到百姓生活中并逐渐改变着国人的生活习惯和出行方式。根据中国铁路的中长期规划,到2020年,中国新建高速铁路将达到1.6万公里以上,目前动车组最高运行时速为350km,由青岛四方庞巴迪生产、即将运行于宁杭客运专线和杭甬客运专线的CRH380D型动车组,其最高运营时速为380公里,最高试验时速为420公里。CRH380AL型高速列车创造出486.1公里的最高运营试验速度记录,中国南车四方股份开发了时速500公里高速试验列车。但是随着车速的提高,高速列车在轨道上行驶时,传动系统处于高速重载的运行工况,而且由于轨道不平顺,车辆传动系统将承受来自轨面和车体的各种振动、冲击和作用力,同时振动又会产生附加动载荷,使得传动系统的运行工况变得更为恶化。传动系统的可靠性直接决定了机车车辆运行的安全性、可靠性和经济性,校核其疲劳强度是否满足机车运用要求,对提高机车车辆的可靠性有重大意义。但由于引起高速列车传动系统各部件疲劳的实际工作载荷十分复杂,而外部载荷作用产生的应力对结构和材料很敏感,同时热变形等影响寿命的因素无法进行分析。目前疲劳分析和可靠性预测模型都存在局限性。然而进行实际线路可靠性试验成本高昂,试验周期长,同时风险极大。目前尚没有能够模拟高速列车传动系统线路运行时实际动力学环境的可靠性试验系统。因此,为快速暴露高速列车传动系统各部件固有缺陷、优化产品设计和制造工艺,提高产品可靠性,高速列车传动系统可靠性试验台的开发及相应试验方法的研究已是一项迫在眉睫的任务。论文对高速列车传动系统动力学进行了分析,重点研究了系统各部件振动特性,在充分调研国内外可靠性试验理论及技术现状的基础之上,依据国内外现行标准,对高速列车牵引传动系统可靠性试验系统进行深入的研究。建立了一套用于高速列车传动系统可靠性台架试验的试验台模型,提出了用于可靠性试验的载荷谱及振动环境谱的编制方法,并对所设计的振动台进行了运动学和动力学分析,围绕着该高速列车传动系统可靠性试验系统,论文完成的工作主要包括以下几个方面:1、对高速列车传动系统动力学进行理论研究和仿真分析。建立包含牵引电机及齿轮箱的高速列车整车动力学数学模型,并基于Adams/rail建立的整车动力学仿真模型,根据修正后的德国高速轨道谱生成轨道不平顺空间域几何样本作为动力学模型的输入激励,进行整车动力学仿真,对电机、齿轮箱振动响应进行分析,并研究其振动特性随车速、运用线路条件变化规律。2、建立了高速列车传动系统可靠性试验台模型。对比不同的设计方案,对高速列车传动系统可靠性试验台方案进行设计,搭建了一种能同时实现高速列车传动系统负载模拟及振动环境模拟的可靠性试验台模型,重点剖析了电力拖动系统、振动环境模拟系统、测试系统、试验管理系统的设计方案、结构及功能。3、高速列车传动系统振动响应测量及振动环境谱的编制。设计了一种相对位移及绝对位移测量相结合的传动系统振动响应测量方法,提出了能够保持各向振动随机成分、同时保留运动相关特性的一种基于功率谱密度函数的高速列车传动系统振动环境谱编制及振动台时域目标随机信号生成方法。4、三自由度振动台运动学及动力学分析。建立了三自由度振动台运动学正、反解数学模型及动力学模型,分析了典型运动下三自由度振动台附加运动、运动精度、作动器及纵向拉杆的作用力,并重点研究了三自由度振动台的固有频率计算方法,计算及仿真结果为该三自由度振动台优化设计提供了依据。5、高速列车传动系统载荷谱的编制方法研究。分析了结构损伤基本理论、载荷数据统计方法、传动系统扭矩测量方法及载荷谱的基本编制方法,重点对载荷测量、载荷数据处理及统计和载荷谱编制等进行分析和研究,并提出了一种基于能量转换法的高速列车传动系统扭矩载荷间接测量方案,构建了一种基于极值理论及非参数密度估计相结合的高速列车传动系统扭矩载荷数据统计方法,最后给出了高速列车传动系统程序载荷谱编制方法及试验规程制定方法,实现了高速列车传动系统载荷压缩和极值载荷外推。
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标签：高速列车传动系统论文; 可靠性试验论文; 载荷谱论文; 振动环境谱论文; 动力学分析论文;