基于主动差速器的独立轮对导向技术研究

摘要

独立轮对在实现低地板的同时，也使其在直线上的自动对中性能与在曲线上的导向性能随之消失，二者统称为独立轮对的导向功能。分析国内外的研究情况及发展现状，借鉴坦克装甲车等履带车辆的导向原理，本文针对独立轮对导向问题。展开了如下研究:
　　对刚性轮对在直线及曲线上的导向机理及影响因素进行了深入的研究，总结得出可以通过控制左右车轮的转速进一步控制独立轮对的导向性能。根据转速导向控制理论研究设计了一种独立轮对机械耦合使用的行星齿轮机械差速器，通过对其结构及传动原理的研究分析实现了输出轴差速的设计目的。
　　分析了控制该差速独立轮对运动过程的方法，建立基于主动差速器的独立轮对SIMPACK模型，建立参数模块的SIMULINK控制方式，进而建立SIMAT联合仿真模型，实现模型的数据连接、参数获取及实时控制。仿真其在直线及曲线上的运动状态，对比刚性轮对与独立轮对模型的仿真结果，并得到如下结论:
　　(1)刚性轮对在直线运动时能够实现自动对中及复位:在曲线上主要依靠重力复原力及轮轨蠕滑来实现导向功能;独立轮对在直线上不能实现自动对中功能;在曲线上缺少主动导向功能，易发生脱轨事故。
　　(2)差速独立轮对转向架模型在直线运动过程中，其轮对横向偏移量会随着时间的推移而逐渐减小，直至为零，因此在直线上差速独立轮对具有刚性轮对特有的直线自动对中功能;在曲线轨道上，其一位轮对横向偏移量绝对值小于独立轮对，且安装有主动差速装置的二位轮对轮对横向偏移量数值较小，绝对值维持在2.7mm左右，在轮轨接触范围内，且该值远小于独立轮对模型，因此差速独立轮对在曲线上具有很好的主动导向功能，相对于刚性与独立轮对来说，其主动导向功能更优，同时其在小半径曲线上的导向通过性能优势明显，轮轨磨耗更小，安全性更高，满足设计要求。
　　(3)通过对差速独立轮对模型的结构设计及控制策略的研究，完成了对基于主动差速器的独立轮对模型的实物制作、安装及试验，根据试验结果得出主要结论包括:
　　本文所研究设计的差速独立轮对模型能够通过控制内齿圈转动角速度达到控制独立轮对左右轮对转速差的目的，车轮运动距离或转动弧长与输入量控制端蜗杆的转动角度之间成正比例关系，可以实现在曲线轨道上的主动导向功能，具有很好的可靠性和应用价值。
　　综上所述，差速独立轮对模型具有刚性轮对特有的直线对中性能及更优于独立轮对的曲线主动导向性能，有效的结合了二者的优势，实现了独立轮对小半径曲线的主动导向性和直线轨道自动对中能力的综合需求，推动了独立轮对应用于低地板城轨车辆的理论研究向实际应用的转化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题背景及意义

1．2 独立轮对及其导向问题的研究

1．2．1 改变独立轮对踏面形状

1．2．2 改变独立轮对转向架结构

1．2．3 采用耦合轮对形式

1．2．4 采用独立轮对主动控制

1．3 本文主要研究内容

第二章 刚性轮对与独立轮对导向原理及技术研究

2．1 刚性轮对导向原理

2．1．1 重力复原力与轮轨蠕滑力

2．1．2 刚性轮对导向基本原理

2．2 独立轮对导向原理

2．2．1 基本导向原理分析

2．2．2 独立轮对运动状态分析

2．3 导向性对比分析

2．4 本章小结

第三章 独立轮对导向控制原理及结构设计

3．1 转速导向理论分析

3．2 独立轮对导向结构设计

3．2．1 导向结构理论研究

3．2．2 导向结构模型建立

3．3 主动导向控制系统原理

3．4 本章小结

第四章 独立轮对主动导向控制过程与策略研究

4．1 软件功能

4．1．1 SIMPACK功能分析

4．1．2 SIMPACK功能分析

4．2 联合仿真模型建立及参数设置

4．2．1 独立轮对模型

4．2．2 差速装置模型

4．2．3 差速独立轮对转向架SIMPACK模型

4．3 独立轮对导向控制策略

4．3．1 控制原理分析

4．3．2 控制过程分析

4．4 本章小结

第五章 基于SIMAT联合仿真的主动导向分析

5．1 差速独立轮对模型直线运动

5．1．1 运动原理分析

5．1．2 直线仿真结果

5．1．3 对比分析

5．2 差速独立轮对模型曲线运动

5．2．1 曲线仿真结果

5．2．2 对比分析

5．3 本章小结

第六章 差速独立轮对实物模型导向分析及实验验证

6．1 差速独立轮对模型导向控制过程分析

6．1．1 过程分析

6．1．2 误差产生原因分析

6．2 实物模型设计

6．2．1 模型外形设计

6．2．2 模型参数设计

6．3 实物模型实验

6．3．1 线路实验验证分析

6．3．2 运动学实验验证分析

6．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果