出口地铁车辆动力学性能分析

论文摘要

本文所研究的某出口地铁车辆具有如下特点:新的轮轨关系（UIC-OURE/54）;既有线路提速120km/h;空重比较为悬殊（空载22.5t、定员39.3t、最大拥挤载荷46t）;线路复杂（最大坡度50‰,小半径S型曲线）。由于轮对蛇行极限环分叉理论在工程应用上存在不足之处,采用了线性临界速度分析方法来进行参数敏感性分析并提出了既有线路提速优化方案。在空簧装车特性试验对比基础上,提出了一种一列多车舒适性评价方法,进而将车厢之间作用也作为舒适性的影响因素之一。由于现有的动态限界计算公式是基于钢簧给出的,应用动态仿真方法对比了有/无抗侧滚扭力杆两种方案。利用如下模板模型所建立的子系统组装了整车和车组模型:（动力/拖动）转向架;（端车/中间车）车体。轮轨匹配计算对比表明:UIC-ORE/554匹配不很理想,为此,利用了线性临界速度分析方法。首先,通过参数敏感性分析确定了轮对纵横向定位刚度是影响临界速度的两个重要因素;其次,在对轮轨动力作用、轮轨磨耗和舒适性指标进行权衡后,制定了既有线路提速优化方案。因为空簧装车特性和车厢之间作用是舒适性评价的两个重要影响因素,所以,在整车模型虚拟环境下测得了空簧装车特性,试验台特性对比表明:两者的频域特征相互吻合。为了满足提速后的舒适性要求,对空簧悬挂参数进行敏感性分析并得到减振性能最佳的空簧悬挂。针对抗侧滚扭力杆的利与弊,提出了弹性抗侧滚扭力杆改进方案,方案兼顾了空簧高度控制的位移滞后特性和抗侧滚等效刚度,效果显著。在体现出口地铁车辆服役线路特征的复杂线路仿真中,轮轨安全性和动态限界等指标得到进一步验证。本文在某出口地铁车辆动力学性能分析中得到了如下成果:（1）在轮轨匹配计算对比基础上,利用线性临界速度分析法提出了满足既有线路提速120km/h要求的轮对定位刚度优化方案;（2）一列多车舒适性评价方法不仅是以正确的空簧装车特性作为评价依据,而且也考虑了在不同载荷车厢之间的作用;（3）弹性抗侧滚扭力杆改进方案是考虑出口车辆服役轨道不平顺的不可预见性（如扭曲不平顺）而提出的,兼顾了动态限界和舒适性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 一 研究内容及必要性
• 二 地铁交通发展概况
• 三 多体动力学的发展
• 四 轨道车辆动力学发展概况
• 五 研究方案及可行性
• 本章小结
• 第一章 理论基础
• 1.1 非线性系统的稳定性
• 1.1.1 李亚普诺夫稳定定义
• 1.1.2 李亚普诺夫第一近似理论
• 1.1.3 霍尔维茨判据
• 1.1.4 极限环的存在与庞卡莱稳定
• 1.1.5 分叉和结构稳定性
• 1.1.6 车辆蛇形临界速度线性分析方法
• 1.2 车辆随机振动
• 1.2.1 随机过程的基本统计特征
• 1.2.2 车辆随机激励模型的确立
• 1.3 频域分析法
• 1.4 线性系统算例
• 本章小结
• 第二章 地铁车辆组装模型
• 2.1 动力学建模分析软件简介
• 2.2 建立车辆组装模型
• 2.2.1 地铁车辆动力学基本参数
• 2.2.2 地铁车辆基本模态分析
• 2.2.3 转向架模板模型及其接口
• 2.2.4 车体模板模型及其接口
• 2.3 整车与车组组装及曲线仿真
• 本章小结
• 第三章 临界速度分析及优化
• 3.1 临界速度分析
• 3.1.1 轮轨匹配计算
• 3.1.2 车辆临界速度计算
• 3.2 临界速度参数优化及方案评价
• 3.2.1 临界速度优化目标
• 3.2.2 悬挂参数敏感性分析
• 3.2.3 临界速度悬挂参数优化方案及评价
• 本章小结
• 第四章 编组列车舒适性评价及悬挂参数优化
• 4.1 空簧装车特性
• 4.1.1 空簧模型
• 4.1.2 空簧装车特性虚拟测试
• 4.1.3 与空簧试验台特性对比
• 4.1.4 辅助气室阻尼效应
• 4.2 编组列车舒适性评价
• 4.2.1 Wz 舒适性指标
• 4.2.2 数据处理步骤
• 4.2.3 基于Wz 的横向舒适性评价
• 4.2.4 基于Nmv 指标的舒适性评价
• 4.2.5 评价标准的比较与选取
• 4.2.6 舒适性评价结果
• 4.3 二系悬挂参数优化
• 4.3.1 空簧参数选取
• 4.4 横向减振器阻尼优化值
• 4.5 简化钩缓作用分析
• 本章小结
• 第五章 扭力杆方案对比
• 5.1 “一架一杆”转向架模型
• 5.2 有无抗侧滚扭力杆曲线仿真对比
• 5.3 弹性连接抗侧滚扭力杆方案
• 5.4 舒适性对比
• 5.5 转向架平稳性对比
• 本章小结
• 第六章 复杂线路轮轨安全指标评价及其它
• 6.1 线性稳态曲线通过
• 6.2 非线性稳态曲线通过
• 6.2.1 轮轨接触几何关系的非线性
• 6.2.2 非线性蠕滑力
• 6.2.3 非线性曲线通过方程的解
• 6.2.4 脱轨机理及判别
• 6.3 复杂线路仿真分析
• 6.4 盘式制动器对构架的动荷作用
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢