列车垂向振动数值分析及其电路仿真

摘要

列车垂向振动直接影响车辆运行的平稳性及安全性。随着列车车速的提高及载重量的不断加大，轮轨间发生碰撞产生的作用力急剧增加，导致垂向发生剧烈振动，严重影响列车的运行品质。通常研究列车垂向振动特性的方法为实验模拟法和数值仿真法。实验模拟法需要大量时间成本和装备成本，并不是一种经济性选择;数值仿真法能够高效、安全、低成本的获得车辆和轨道的振动响应，但是数值仿真法受制于计算机运行速度，仿真时间较长，而且在仿真后的具体实验中受到多方面约束。伴随着电路仿真理论及应用的快速发展，它的仿真优势逐渐被人们意识到，例如设计难度低、仿真速度快、仿真过程直观便于操作等。因此，本文选用电路仿真法研究列车的垂向振动，研究内容为以下几个方面:
　　(1)建立车辆垂向振动三自由度简化模型及车辆垂向振动统一模型，前者在后者的基础上简化而来。在上述两种模型中，轮对与转向架之间由一系悬挂装置连接，转向架与车体之间由二系悬挂装置连接，悬挂装置由弹簧、阻尼系统构成。模型的建立包括物理模型及数学模型，二者具有一一对应关系。
　　(2)论述轨道不平顺法在车辆垂向振动系统中的应用，通过谐波不平顺的叠加确定轮轨间不平顺输入，进而确定轮对的垂向位移。分别对简化模型及统一模型运用MATLAB/SIMULINK软件建立数值仿真模型，通过数值求解得到轮对、转向架、车体的位移、速度、加速度时域图及数值。获取的时域图及数值作为电路仿真的评价指标。
　　(3)在电路仿真软件MULTISIM中设计电路，运用简单的电子元器件如电阻、电容等，实现电路的数学模型与简化模型及统一模型的数学表达式一致。接着对两种模型进行电路仿真，得出轮对、转向架、车体的位移、速度、加速度时域图及数值。通过对比，数值仿真与电路仿真在时域图的波形及数值上一致。电路仿真的实现为研究车辆轨道系统动力学提供了一种参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 车轨耦合系统数值仿真研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 电路仿真研究现状

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 电路仿真优点

1．4 本文的研究内容

2 车辆垂向振动模型

2．1 系统主要组成部分

2．1．1 车体

2．1．2 转向架

2．1．3 轮对

2．1．4 轨道

2．2 车辆垂向振动统一模型

2．2．1 车辆物理模型

2．2．2 车辆数学模型

2．3 车辆垂向振动简化模型

2．3．1 车辆物理模型

2．3．2 车辆数学模型

2．4 本章小结

3 车辆垂向振动简化模型数值仿真

3．1 MATLAB／SIMULINK软件

3．2 轨道不平顺

3．3 数值仿真

3．3．1 轮对垂向运动

3．3．2 转向架垂向运动

3．3．3 车体垂向运动

3．3．4 轮轨垂向作用力

3．4 本章小结

4 车辆垂向振动简化模型电路仿真

4．1 Multisim软件

4．2 运算放大器

4．3 电路仿真

4．3．1 轮对垂向运动

4．3．2 转向架垂向运动

4．3．3 车体垂向运动

4．3．4 轮轨垂向作用力

4．4 本章小结

5 车辆垂向振动统一模型数值仿真

5．1 轮对垂向运动

5．2 转向架垂向运动

5．3 车体垂向运动

5．4 本章小结

6 车辆垂向振动统一模型电路仿真

6．1 轮对垂向运动

6．2 转向架垂向运动

6．3 车体垂向运动

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果