铰接式转向架在城轨车辆中的应用及其性能研究

论文摘要

城市轨道交通在城市交通运输市场中有着举足轻重的地位,为城市的发展起着非常重要的作用。现今,全世界越来越多的大中型城市都已建成城市轨道交通系统,使得诸多新结构、新材料、新工艺在城市轨道交通运输装备的设计和制造中得到了广泛的应用和发展。铰接式转向架相对于常规转向架而言,在结构形式上并无太大区别,因此仍然属于常规转向架的一种。但是铰接式转向架的工作位置与传统车辆中常规转向架的位置不同,铰接式转向架设置在相邻车辆的连接处。由于这种特殊性,使得铰接式转向架相对于常规转向架既有优势也有不足之处。在国外,铰接式转向架已经广泛应用于高速铁路,城郊快速客运,货运铁路等多方面,具有广阔的应用前景。在我国,铰接式转向架车辆应用较少。因此,本文展开对铰接式转向架在城市轨道车辆中应用的设计研究,旨在通过研究确定铰接式转向架在城市轨道交通中应用的可行性。论文首先介绍了我国城市轨道交通的发展情况,然后引入铰接式转向架的特点,并针对其特点在城市轨道交通中的利弊做了说明。同时介绍了铰接式转向架在国外的应用情况。其次分析了城轨车辆主要技术参数的选取原则,给出了铰接式转向架城轨车辆主要技术方案。在此基础上以国外铰接转向架为参考,设计了铰接式转向架结构方案,以便进行动力学性能分析。最后,对轮对,构架和车体进行了受力分析,给出了其动力学方程,并利用动力学仿真软件SIMPACK建立了动力学仿真模型。从而对转向架的主要悬挂参数进行了优化分析,得出稳定性、平稳性和曲线通过综合性能较好的参数组合,并以优化的参数对5联车组动力学性能进行分析以及与传统车辆进行对比。论文最后得出结论,铰接式转向架能满足在城轨交通车辆中的应用。铰接式转向架的应用对列车动力学性能的改善具有一定的作用,尤其在列车横向平稳性以及缓和曲线通过时车轮减载方面具有良好效果。在我国城轨交通系统大量建设的初期,充分利用国外的成功经验,结合我国城轨车辆发展的实际情况,研制具有自主知识产权的铰接式城轨车辆转向架,这对于推动城市交通运输装备发展、改善城市交通状况、保护环境具有重要的意义。论文的研究为今后我国铰接式转向架的发展研究提供了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 城市轨道交通特点
• 1.3 铰接式列车及其转向架的主要特点
• 1.4 铰接式转向架运用优势
• 1.5 铰接式转向架在国内外的发展运用现状
• 1.6 本论文的主要工作
• 第2章 铰接式单元车组的技术方案
• 2.1 车辆系统的主要技术参数
• 2.1.1 最高运行速度
• 2.1.2 最小曲线半径
• 2.1.3 车体长度/宽度/高度
• 2.1.4 车辆地板面高度
• 2.1.5 车辆编组模式
• 2.1.6 车组单/双向行驶
• 2.2 铰接式转向架城轨车辆技术方案
• 2.2.1 列车组成
• 2.2.2 列车总体主要技术参数
• 2.3 本章小结
• 第3章 铰接式转向架的方案设计研究
• 3.1 转向架的设计要求及结构特点
• 3.1.1 转向架的设计要求
• 3.1.2 转向架的主要结构特点
• 3.2 转向架的主要技术参数
• 3.3 转向架主要结构设计
• 3.3.1 构架
• 3.3.2 轮对轴箱定位装置
• 3.3.3 二系悬挂装置
• 3.3.4 牵引铰接装置
• 3.3.5 基础制动装置
• 3.3.6 铰接式转向架总体结构设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 铰接式转向架车辆动力学模型
• 4.1 铰接式转向架车辆动力学模型
• 4.2 动力学方程
• 4.2.1 坐标系统
• 4.2.2 坐标系间变换关系
• 4.2.3 受力分析及运动方程
• 4.3 车辆动力学计算内容
• 4.3.1 蛇形运动稳定性
• 4.3.2 运行平稳性计算
• 4.3.3 曲线通过性能计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 铰接式转向架参数优化
• 5.1 动力学性能评定指标
• 5.1.1 垂向及横向平稳性指标
• 5.1.2 脱轨系数
• 5.1.3 轮重减载率
• 5.1.4 倾覆系数
• 5.1.5 轮轨横向力和轮轴横向力
• 5.2 铰接式转向架参数优化
• 5.2.1 一系悬挂参数优化
• 5.2.2 二系悬挂参数优化
• 5.3 铰接式转向架动力学性能分析
• 5.3.1 直线运行平稳性分析
• 5.3.2 曲线通过性能分析
• 5.3.3 车轮偏载时的车辆安全性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 铰接式转向架与常规转向架对比分析
• 6.1 对比模型的确定
• 6.2 直线工况
• 6.3 曲线工况
• 6.3.1 轮对运动趋势比较
• 6.3.2 缓和曲线车轮减载情况
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 铰接式转向架车辆动力学模型参数表
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文