跨座式单轨列车走行轮胎偏磨损机理及控制方法研究

摘要

跨座式单轨列车特殊的转向架结构使得其曲线行驶时，走行轮胎出现了严重的偏磨损，导致其使用寿命降低，更换轮胎成本巨大。走行轮胎严重的偏磨损还造成其附着性能的大幅降低，导致单轨列车曲线通过性能降低、驱动效率低、制动距离长等问题，严重影响了单轨列车的运行安全和运行节能。因此，研究单轨列车走行轮胎的偏磨损机理以及偏磨损控制方法具有重要意义。
　　以走行轮单胎为研究对象，建立其三维有限元分析模型，并设计试验验证模型的精确性；采用有限元方法分析走行轮胎的静态、稳态和动态特性；基于有限元分析数据辨识走行轮胎的FTire模型参数，并在ADAMS/Tire Testrig中验证参数辨识的精确性。结果表明：FTire模型可以比较精确地预测走行轮胎的动态力学特性，为单轨列车动力学研究提供精确可靠的轮胎模型。
　　以走行轮双胎为研究对象，建立双胎磨损有限元分析模型；采用有限元方法探索走行轮胎匀速直线和曲线行驶时的磨损特性，并研究轮胎载荷，速度和侧偏角对走行轮胎磨损和偏磨损特性的影响；从轮胎/轨道梁走行踏面的接触角度出发，探索走行轮胎磨损和偏磨损特性与其接地特性的关联关系，揭示走行轮胎的偏磨损机理。结果表明：单轨列车曲线行驶时，内侧走行轮胎的磨损和偏磨损现象比外侧走行轮胎略微严重；走行轮胎的磨损量与载荷和速度成正相关。相对于载荷，速度和侧偏角的变化会显著影响走行轮胎的磨损和偏磨损；走行轮胎接地特性与其磨损和偏磨损特性具有较大的相关性。
　　为探索走行轮胎偏磨损的控制方法，对比分析了纯虚拟外倾和纯侧偏条件下走行轮胎的接地压力分布和接地印迹形状；提出采用虚拟外倾方法控制走行轮胎的磨损和偏磨损；根据虚拟外倾条件下走行轮胎的磨损与偏磨损特性，提出构建曲面走行踏面的方法对虚拟外倾方法进行优化，进一步控制走行轮胎的偏磨损。结果表明：虚拟外倾角和侧偏角导致的接地压力不均性和接地印迹不对称现象存在明显的相互补偿的关系；虚拟外倾方法降低了走行轮胎总的磨损量，但外侧走行轮胎的偏磨损程度加深；相对于虚拟外倾方法，曲面走行踏面方法不仅进一步降低了走行轮胎总的磨损量，还有效控制了内、外侧走行轮胎的偏磨损。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 FTire轮胎模型参数辨识方法研究现状

1.3 跨座式单轨列车走行轮胎偏磨损研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 跨座式单轨列车走行轮胎FTire模型参数辨识

2.1 有限元分析模型的建立与试验验证

2.2 走行轮胎力学特性有限元分析

2.3 FTire模型的参数辨识与验证

2.4 本章小结

第三章 跨座式单轨列车走行轮胎偏磨损机理研究

3.1 双胎磨损有限元分析模型建立

3.2 曲线行驶条件下走行轮胎磨损与偏磨损特性

3.3 曲线行驶条件下走行轮胎偏磨损的影响因素分析

3.4 曲线行驶条件下走行轮胎偏磨损机理探讨

3.5 本章小结

第四章 跨座式单轨列车走行轮胎偏磨损控制方法研究

4.1 虚拟外倾对走行轮胎磨损与偏磨损特性的影响

4.2 虚拟外倾方法控制走行轮胎偏磨损

4.3 曲面走行踏面

4.4 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 研究工作总结

5.2 论文的主要创新点

5.3 工作展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文