高速磁浮车用空气弹簧的研究

论文摘要

空气弹簧由于具有非线性刚度特性、低振动频率、自动避开共振、抑制共振振幅等优点,被广泛应用于国内外轨道车辆的转向架上。在CMT高速车的垂向动力学系统中,空气弹簧是二系悬挂系统的关键部件之一,它能够有效滤除高频激扰;当车体承载变化时,通过调节空气弹簧使得车体地板面高度保持恒定。本文利用协同仿真技术在ADAMS与Matlab之间,建立了多体系统模（Multi-body System Model）及ADAMS/MATLAB仿真技术平台。在充分了解了空气弹簧的发展历史和研究现状及空气弹簧的工作原理、刚度特性、频率特性等基础上,研究了空气弹簧的热力学和动力学模型,利用ADAMS/View模块建立了空气弹簧的非线性动力学模型并进行了仿真分析,验证了空气弹簧的非线性刚度等特性。在多体动力学及系统分析的协同平台上,利用三类基本模块（悬浮/导向单元、悬浮框架和车体及牵引机构）建立了整车和三节列车模块化组装的动力学与控制模型,并将其与空气弹簧模型组合。利用正弦型缓和曲线将直线和圆曲线连接组成了五段式小半径曲线轨道,将组合后的磁浮车模型在R350小半径曲线轨道上进行动力学仿真,利用ADAMS/ Post- Processor模块对仿真结果进行分析处理。本文中主要研究了摆杆力的仿真数据,并与使用大客车空气弹簧得到的数据进行了对比。结果表明:利用力学方程所建立的新空气弹簧模型,将其作为磁浮车模型的二系悬挂组件后,测得的磁浮车摆杆的横向分力与原模型相差不大,垂向分力比原模型减少很多,说明新空气弹簧的应用使得转向架与车体间的振动得到了改善,磁浮车模型在通过曲线轨道时具有了更好的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空气弹簧概述
• 1.3 空气弹簧在磁浮车的应用与发展
• 1.4 课题研究的主要内容及意义
• 本章小结
• 第二章 动力学软件ADAMS 及协同仿真
• 2.1 ADAMS 软件模块概述
• 2.2 ADAMS 设计流程
• 2.3.1 坐标系的选择
• 2.3.2 动力学方程
• 2.3.3 初始条件分析
• 2.3.4 ADAMS 动力学方程求解
• 2.4 协同仿真技术平台
• 2.5 模型移植与无缝集成
• 本章小结
• 第三章 高速磁浮车的基本模块
• 3.1 悬浮/导向控制单元
• 3.2 一般单元
• 3.3 联接单元
• 3.4 前/后端单元
• 3.5 悬浮框架
• 3.5.1 悬浮框架A
• 3.5.2 悬浮框架B
• 3.6 车体及牵引机构
• 本章小结
• 第四章 空气弹簧的研究
• 4.1 空气弹簧系统的基本结构
• 4.2 空气弹簧的模式
• 4.3 空气弹簧的基本理论[20]
• 4.3.1 空气弹簧特性
• 4.3.2 空气弹簧的垂向刚度特性
• 4.3.3 空气弹簧频率特性
• 4.4 热力学空气弹簧模型
• 4.5 动力学空气弹簧模型
• 4.5.1 空气弹簧的刚度
• 4.5.2 建模及仿真
• 本章小结
• 第五章 高速磁浮车动力学
• 5.1 刚体动力学基本定理
• 5.1.1 欧拉有限转动定理
• 5.1.2 泊松定理
• 5.1.3 质心运动定理
• 5.1.4 相对于质心的动量矩定理
• 5.2 高速磁浮车的组成结构
• 5.3 垂向动力学组成
• 5.3.1 垂向动力学结构
• 5.3.2 一系悬挂
• 5.3.3 二系悬挂
• 本章小结
• 第六章 缓和曲线及曲线通过仿真
• 6.1 缓和曲线
• 6.1.1 缓和曲线用途
• 6.1.2 缓和曲线的类型
• 6.1.3 曲线长度
• 6.1.4 曲线超高
• 6.2 轨道参数的计算
• 6.3 线路匹配性能
• 6.4 仿真
• 6.4.1 空气弹簧模型与车体模型的组装
• 6.4.2 整车模型动力学仿真
• 6.4.3 三车模型动力学仿真
• 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