高速动车组转向架齿轮箱安装方式研究

摘要

作为传动系统的主要部件，齿轮箱安装方式影响着传动系统的动力学性能，进而影响着车辆系统动力学性能。传统车辆运行速度低，齿轮箱吊挂方式对车辆系统动力学性能的影响不大，但随着车辆运行速度的提高，车辆动力学性能及结构强度对齿轮箱安装方式更加敏感。本文建立了包括电机定子、电机转子、齿轮箱体、大齿轮、联轴节、小齿轮以及悬挂系统在内的完整的传动系统动力学模型。根据直接转矩控制理论以及输入的转子电压及电流，计算出转子的磁链和转矩，并采用Simulink/Simpack联合建立高速列车牵引传动系统机电耦合模型。基于该机电耦合模型，仿真分析了C型支架和吊杆吊挂齿轮箱两种安装方式在不同的车速、轨道曲线半径、车轮磨耗状态和吊挂元件刚度下的动力学性能以及车辆系统运行平稳性和安全性，对比了两种安装方式对动车构架疲劳强度的影响。
　　仿真发现C型支架安装方式在临界速度，减小齿轮箱点头振动和通过曲线等方面优于吊杆吊挂安装方式。随着车辆速度提高，齿轮箱振动加速度均逐渐增大，C型支架安装方式在低速时齿轮箱振动加速度大于吊杆吊挂安装方式，但在高速时则相反。随着齿轮箱安装元件刚度增加，安装元件本身受迫振动加速度先减小后增大，C型支架受安装元件影响较大，并且对车辆传动系统横向及垂向振动影响较大。齿轮箱安装元件刚度变化和联轴节刚度变化均会影响联轴节变位。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 传动系统悬挂方式

1．2．1 电机悬挂方式

1．2．2 齿轮箱安装方式

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要工作

第2章 动车机电耦合模型

2．1 高速动车组的系统动力学建模

2．2 车辆传动系统模型的建立

2．2．1 车辆系统齿轮箱模型

2．2．2 车辆传动系统等效模型

2．3 转向架动力学模型

2．4 高速列车整车系统动力学模型

2．5 传动系统模型的建立

2．5．1 传动系统结构

2．5．2 异步牵引电机数学模型

2．5．3 逆变器数学模型

2．5．4 异步牵引电机的控制策略

2．6 机电耦合模型仿真模型

2．6．1 车辆牵引／制动特性与运行阻力

2．6．2 机电耦合的实现

2．7 本章小结

第3章 列车牵引制动对齿轮箱安装方式的影响

3．1 两种齿轮箱安装的受力分析

3．1．1 齿轮箱C型支架安装方式受力分析

3．1．2 齿轮箱吊杆吊挂安装方式受力分析

3．1．3 两种安装方式受力仿真结果

3．2 牵引传动系统受力分析

3．3 机电耦合仿真结果分析

3．4 齿轮箱两种安装方式对振动加速度的影响

3．4．1 对传动系统纵向振动加速度的影响

3．4．2 对传动系统横向振动加速度的影响

3．4．3 对传动系统垂向振动加速度的影响

3．5 本章小结

第4章 齿轮箱安装方式对车辆动力学影响

4．1 安装方式对车辆系统临界速度的影响

4．2 安装元件刚度对车辆振动性能影响

4．2．1 安装元件刚度对安装元件的振动影响

4．2．2 安装元件刚度对车辆主要部件振动影响

4．3 运行速度对主要部件振动加速度的影响

4．4 曲线半径对车体横向振动加速度影响

4．5 牵引工况下齿轮箱振动及联轴节变位

4．5．1 牵引工况下齿轮箱振动

4．5．2 牵引工况下联轴节变位

4．6 齿轮箱两种安装方式在踏面磨耗时对传动系统振动的影响

4．7 对车辆平稳性及安全性的影响

4．8 本章小结

第5章 齿轮箱两种安装方式对构架疲劳强度的影响

5．1 模型的建立和载荷谱的选择

5．1．1 建立有限元模型

5．1．2 载荷谱的选择

5．2 计算方法

5．2．1 雨流计数法的基本过程

5．2．2 疲劳损伤校核点

5．2．3 主应力推导过程

5．3 计算结果

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目