跨座式城市单轨车辆运行平稳性研究

摘要

跨座式单轨列车作为一种新型的环境友好型交通制式已逐渐成为城市公共交通系统中的主要载运工具。但由于跨座式单轨车辆系统中转向架构造的独特性，使其运行机理、导向机理及轮轨接触关系均有别于传统的钢轮钢轨式列车，并且由于单轨列车一般行驶在距离地面7-19m的高架梁上，车辆运行过程中受侧风载荷的影响较大。因此，对传统城轨交通系统运行平稳性的研究并不适用于单轨列车。基于此，本文对跨座式单轨车辆在有无侧风载荷作用下进行运行平稳性研究，为实际工程应用及理论研究提供一定的基础，主要研究内容如下:
　　(1)基于跨座式单轨交通系统的发展状况、工作特征以及国内外学者对跨座式单轨车辆运行平稳性的研究现状，系统地研究了跨座式单轨交通系统中的轮胎力学特性理论，对车辆系统中的走行轮、稳定轮和导向轮进行了合理简化，并建立了相应的轮胎动力学模型;
　　(2)以跨座式单轨车辆转向架的结构形式和技术特点为基础，将每节车辆简化为15个自由度的多体动力学系统，且考虑了各充气轮胎的侧偏特性，将PC轨道梁视为刚体，用美国六级路面谱激励模拟轨道梁对跨座式单轨车辆运行的影响，应运拉格朗日原理推导出单轨车辆运行过程中的数学微分方程，并在MATLAB/SIMULIK软件建立了相对应的单轨车辆动力学模型;
　　(3)在无侧风载荷作用下分析了直线段不同车速工况，以及曲线段不同车速、不同曲率半径工况对跨座式单轨车辆运行平稳性的影响。结果表明:跨座式单轨车辆不管是在直线段还是曲线段运行时，平稳性均随车速的增加而变差;曲线工况下单轨车辆的运行平稳性随曲率曲率半径的增加而变好;
　　(4)在有侧风载荷作用下分析了直线段和曲线段不同车速及风速工况，以及曲线段不同风向作用下跨座式单轨车辆的运行平稳性情况。结果表明:一般情况下风载条件都不利于跨座式单轨车辆的运行平稳性，但当跨座式单轨车辆在曲道工况下，侧风从内侧吹向外侧时，有利于单轨车辆的运行平稳性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 跨座式单轨车辆的运行特点

1．2．2 跨座式单轨车辆运行平稳性研究

1．3 本文主要研究内容及思路

第二章 跨座式单轨车辆轮胎力学特性研究

2．1 跨座式单轨车辆轮胎坐标系

2．2 跨座式单轨车辆轮胎滚动阻力产生机理

2．3 跨座式单轨车辆轮胎路面附着力产生机理

2．4 跨座式单轨车辆轮胎的侧偏力和回正力矩产生机理

2．5 跨座式单轨车辆轮胎的外倾侧向力产生机理

2．6 跨座式单轨车辆轮胎接地印迹内的压力分布

2．7 基于魔术公式的跨座式单轨车辆轮胎力学性能分析

2．8 本章小结

第三章 基于车辆系统动力学的单轨车辆动力学建模

3．1 跨座式单轨车辆模型

3．2 轨道PC梁模型的建立

3．3 单轨车辆各部件悬挂作用力

3．3．1 轮胎作用力

3．3．2 二系悬挂作用力

3．4 跨座式单轨车辆动力学建模

3．4．1 车体动力学方程

3．4．2 转向架动力学方程

3．5 基于ADAMS软件的“轮胎-轨道梁”耦合动力学建模

3．5．1 “转向架-轮胎-轨道”耦合动力学模型建立

3．5．2 车体模型建立

3．5．3 结果分析

3．6 本章小结

第四章 不同线型工况下跨座式单轨车辆运行平稳性研究

4．1 车辆平稳性评价指标

4．2 直线段跨座式单轨运行平稳性研究

4．3 曲线段跨座式单轨运行平稳性研究

4．3．1 曲线工况下车速对单轨车辆运行稳定性的影响

4．3．2 不同曲率半径工况对跨座式单轨运行平稳性的影响

4．4 本章小结

第五章 风载条件下跨座式单轨车辆运行稳定性研究

5．1 风载条件的数值模拟

5．1．1 空气动力学基本理论

5．1．2 侧风载荷数值模拟

5．1．3 风压中心漂移模拟

5．2 直线段风载条件下跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．2．1 不同风速工况下跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．2．2 不同车速工况下跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．3 曲线段风载条件下跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．3．1 侧风由外侧吹向内侧时跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．3．2 侧风由内侧吹向外侧时跨座式单轨车辆运行稳定性分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果