高重心车辆刚柔耦合动态仿真分析

摘要

在铁路货运迫切的朝着重载快捷化发展的背景下，为了充分发挥现代货运技术，某厂新研制了一种具有高重心特点的6轴双层集装箱车。该车不仅采用带跨装的双层高重心装载方式和大轴重3E轴构架转向架的方法以实现重载，而且在速度要求上也提升了一个层次，尝试实现(100-135km/h)下良好的高速性能以具备快捷运输的能力。
　　 为考察原始设计的6轴双层集装箱车在各种工况下的性能，本文利用ADAMS/Rail多体动力学仿真软件对该车进行动态仿真分析。仿真中利用模版建模技术、柔性体接口处理对策、子系统接口定位装配、刚性预载法等软件建模技术建立起整车和3车组的组装模型。紧接着进行了车辆的模态分析和临界速度分析，得到了车辆的典型运动模态、车体结构模态结果和空载情况下的车辆临界速度。并在软件中设计了直线和4种曲线线路，在线路上添加AAR5级轨道谱激励。之后进行了60-135km/h速度工况的动态仿真；得到了车体的垂向、横向和纵向的平稳性评价数据和轮轨安全评价方面的详细仿真数据，其中平稳性评价还考虑了频率成分的影响。分析上述仿真结果发现了跨装3车组空载横向平稳性差；重载垂向平稳性受高频振动影响较大；轮轨安全方面，空重载仿真数据均反映出三轴轮轨关系不协调等问题。另外，针对该车高速时平稳性指标和轮轨安全指标急剧增大，进行3E轴构架转向架的高速性能仿真论证。其中3轴构架转向架凸显了3个典型问题：空载小承载鞍滑动、重载中轴轮对稳定性和车体结构耦合响应问题。
　　 基于上述问题，本文参考相关资料提出并仿真验证了如下性能改进技术对策：①以45deg斜面作为承载面，以提高小承载鞍与轴箱间的等效摩擦系数；并减小承载鞍和轴箱纵向间隙；②根据轮轨匹配理论，优化轮缘23mm修正踏面，以增强中轴车轮的轮轨对中能力；③车体补强设计，中轴轴箱悬挂增设斜楔减振，以提高中轴轮对的纵向定位刚度。最后，仿真结果验证了上述改进的可行性：其中承载鞍滑动和中轴振荡现象消失；轮轨横向力降低30％以上，3轴轮轨力趋于均衡；车体横向振动和垂向动态高频振动显著降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

引言

1.1课题背景

1.2课题研究意义

1.3集装箱车的发展现状和存在的问题

1.3.1国内外集装箱车的发展和现状

1.3.2高重心双层集装车辆存在的问题

1.4已有研究基础和课题研究的主要内容

1.4.1已有的相关研究基础

1.4.2课题研究的主要内容

本章小结：

第二章高重心车辆刚柔耦合动力学研究基础

2.1.高重心车辆研究特点

2.1.1轮轨匹配及其特点

2.1.2车辆系统的非线性特点

2.2刚柔耦合建模的实现

2.2.1模态综合法

2.2.2柔性体接口处理对策

2.2.3多体分析软件ADAMS中的柔性体技术

2.3频响分析和滤波技术应用

2.3.1随机振动的频响分析

2.3.2滤波技术

本章小结

第三章6轴双层集装箱车辆模型和仿真分析

3.1 6轴双层集装箱车构造特点

3.1.1车辆主要结构

3.1.2单车重心高度的计算

3.1.3轴箱悬挂特点

3.2六轴双层集装箱车仿真模型

3.2.1模板建模技术简介

3.2.2转向架模型

3.2.3车体模型

3.3整车的组装、预载和模态分析

3.3.1单车组装和预载

3.3.2单车模态分析

3.4单车临界速度分析和动态仿真

3.4.1临界速度分析

3.4.2高重心重载单车动态仿真

本章小结：

第四章跨装3车组的动态仿真分析

4.1 6轴双层集装箱车3车组模型

4.1.1车间连接装置模型

4.1.2 3车组模型的组装和预载

4.1.3 3车组模型的临界速度分析和模态分析

4.2轨道模型

4.2.1轨道不平顺

4.2.2线路条件

4.3空重载工况测试指标和数据

4.3.1平稳性和轮轨安全性评价指标

4.3.2空载工况数据

4.3.3重载工况数据

4.4 3E轴构架转向架100-135km/h高速性能问题论证

4.4.1空载小承载鞍滑动问题

4.4.2 3E轴构架转向架中轴稳定性问题

4.4.3车体结构耦合振动响应的可能性

本章小结：

第五章基于踏面修正的3E轴构架转向架修改方案及相关验证

5.1基于轮轨匹配的踏面修改

5.2增强轮对定位修改方案

5.3降低车体结构响应的措施

5.4曲线线路验证

本章小结：

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢