高速机车转向架轮轨冲击动力学研究

摘要

本论文首先通过建立两自由度摩擦碰撞振动系统力学模型,分析系统参数和动力学特征之间的相互关系和匹配原则,优先考虑系统的两个关键参数激振频率ω和间隙δ来分析影响系统动力学行为的主要因子。着重分析系统在双参数平面内,纯滑移和滑移—粘滞类运动相互转换的过程和各类冲击运动存在区域的大小和分布情况。随着激振频率逐渐减小发生了一系列擦边分岔,基本运动的冲击次数逐次增加,随着p和q变的相当大,在较小频率范围内,系统基本处于滑移—粘滞类运动状态以及在一个激振周期内冲击速度逐渐变得越来越微小,当激振频率在很小的范围内不断减小时,基本运动的冲击次数反而逐次减小。随着激振频率增加至1?p?q运动的鞍结分岔线SN1?p?q,1?p?q运动向1-(p?1)?q或者1?p?(q?1)运动转换,系统这种运动的转换是不可逆的,在任意相邻的两个基本运动之间出现了一系列奇异点,这些奇异点是由实擦边分岔线和裸擦边分岔线,以及鞍结分岔线和倍化分岔线,它们相互交叉,形成两种类型的过渡区域:迟滞区域和舌形区域。基于参数的取样范围,通过多参数和多性能的协调仿真分析着重研究系统参数对冲击速度、存在区域以及不同类型周期冲击运动相互分配的影响。
　　其次,建立六轴提速机车转向架系统动力学模型,基于 Poincaré截面,通过四阶Runge-Kutta数值方法,主要以全局分岔图、局部分岔图、时间响应图以及相图这些具体的数值结果阐述系统在新轮期和轮对磨耗稳定期的动力学行为,同时研究一系悬挂横向刚度K py,一系悬挂纵向刚度K px,轮轨间库伦摩擦系数μ和车轮踏面等效斜率λ,这些重要结构参数与其动力学特征之间的关联关系和匹配原则,研究发现,选择较大的一系悬挂横向刚度Kpy=8×106N?m?1,轮轨间库伦摩擦系数μ=0.2和车轮踏面等效斜率λ=0.15能很大程度改善系统的动力学行为,由此优化转向架重要结构参数,为改善和提高六轴机车转向架系统的动力学行为提供可靠的理论依据,最后研究六轴机车行驶速度对其动力学特征的影响,通过分析可知,随着机车行驶速度的逐渐增大,系统的冲击速度也逐渐增大,且其动力学行为也变得越来越复杂。

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1 绪论

1.1 课题来源及名称

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 目前研究中存在的主要问题

1.5 本文的主要研究工作

2 一类含摩擦的分段光滑碰撞振动系统的动力学特性研究

2.1 力学模型

2.2 具有对称弹性约束摩擦碰撞振动系统的动力学特征分析

2.3 系统参数与动力学之间的相互关系

2.4 系统参数对冲击速度的影响

2.5 本章小结

3 六轴提速机车转向架系统动力学分析

3.1 六轴机车车辆系统动力学建模

3.2 提速六轴机车转向架系统的动力学特征分析

3.3 系统重要结构参数与动力学之间的相互关系

3.4 机车行驶速度对系统动力学特征的影响

3.5 优化参数下六轴机车转向架系统的动力学特征

3.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录A 双参数平面图补充

附录B 转向架系统中各符号的名称及取值

附录C 模型符号含义