悬挂式单轨车辆动力学性能及动态包络线研究

摘要

改革开放以来我国的经济发展水平逐年提高，城镇居民的生活水平也越来越好，大城市的固定人口和流动人口总数越来越多。使得城市道路愈加拥挤，城市的交通压力也越来越大，现有公共交通已经无法满足城市居民的日常出行需求。 悬挂式单轨交通属于中等运量的快捷轨道交通系统之一。该交通系统的优点有工程周期短、建设成本低、车辆运行时不会产生太大噪音，可以攀爬的坡度高，能够通过曲线半径较小的弯道，并且它的运行轨道全部采用高架形式置于空中，不会与现有公路设施争夺路权，可以快速有效地解决城市交通拥堵的问题。 首先，讲述了悬挂式单轨车辆的起源和发展，并且对国内外的发展现状做出总结。然后以德国 H-Bahn 型悬挂式单轨车辆为研究对象，详细介绍了转向架各零部件的结构形式，并通过对转向架和车体的受力分析，建立相应的数学模型和动力学仿真模型。其次，在借鉴GB 5599-85和UIC 518的基础上确定以导向力最大值、走行轮最大垂向力、走行轮对轮重减载率和车体侧滚角来评价悬挂式单轨车辆的动力学性能。然后在此基础上分别分析导向轮轨间隙、导向轮径向刚度、斜置减振器阻尼、稳定轮和侧风对悬挂式单轨车辆动力学性能的影响。最后，通过借鉴标准 CJJ96-2003 对悬挂式单轨车辆的动态包络线计算公式进行推导，并且结合动力学仿真模型与计算公式进行相互验证以得到合理结论。 分析结果表明：导向轮轨间隙对垂向平稳性指标影响较小，对横向平稳性指标影响较大；导向轮径向刚度对车辆直线动力学性能的影响较小，对曲线动力学性能影响显著；斜置减振器阻尼对车辆直线动力学性能的影响较小，仅对车体侧滚角影响较大；转向架无稳定轮时轮对轮重减载率和走行轮最大垂向力均大于转向架有稳定轮的情况，因此有必要为转向架设置稳定轮；侧风对车辆横向动力学性能影响较大，对垂向动力学性能影响较小，同时在枕梁和中心销之间增加球铰有助于改善动力学性能，但是其扭转刚度应适量取值，并非越大越好。对悬挂式单轨车辆进行动力学性能预测时发现，空车工况和重车工况下车辆的直线运行平稳性和曲线动力学性能均表现良好。若仅考虑动力学仿真计算结果则未能完全体现出车辆在运行过程中的各种极限偏移情况。但是，动力学仿真计算加上理论计算要素得到的结果与理论计算结果较为吻合，能够较好地反映出车辆在运行过程中的极限偏移情况。

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