牵引电机架悬方式对高速动车动力学性能影响研究

摘要

转向架是高速动车组的重要组成部分，其结构设计的合理性直接影响到车辆的运行速度与运行品质。随着列车速度的进一步提高，其平稳性与安全性也备受关注，这就对转向架的性能提出了更高的要求。减轻簧下重量，降低轮轨间的动作用力是高速动车转向架重要的设计原则，采用牵引电机架悬的方式是减轻簧下质量的有效手段，我国高速动车转向架普遍采用了这种方式。由于悬挂结构与参数的不同，牵引电机架悬方式又有刚性架悬和弹性架悬之分，因此研究不同的架悬方式对高速动车组动力学性能的影响，对动车组设计和动力学性能改善方面都具有重要意义。
　　以我国某高速动车组为参考，利用SIMPACK软件建立单车动力学简化模型。在此基础上，对弹性架悬与刚性架悬动车模型的非线性临界速度进行了对比分析。同时分析比较了两种模型以相同的速度在同一轨道激励的直线线路上运行时的平稳性，对比了两种架悬模型构架和牵引电机的横向与垂向振动特性以及轮轴横向力的区别，并且分析了两种牵引电机横向振动性能对一系悬挂横向刚度变化的敏感程度。
　　通过对曲线轨道参数进行设置，对比分析了弹性与刚性架悬动车模型以相同的速度通过同一条曲线线路的性能。结果表明，两种架悬动车模型都符合曲线通过安全标准。当牵引电机采用弹性架悬方式时，其轮轨横向力、轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数以及电机相对构架横向加速度都要比刚性架悬时的低，因此弹性架悬方式动车的曲线通过性能要优于刚性架悬方式。
　　在不考虑牵引电机横向减振器和横向止挡影响的前提下，改变架悬模型中牵引电机悬挂节点刚度，分析模型在不同速度等级下运行时，其悬挂参数对车体、构架和牵引电机的振动性能以及对轮轴横向力的影响情况，得到悬挂节点横向与垂向刚度最佳选取范围。最后讨论了牵引电机横向止挡和横向减振器对该动车横向动力学性能的影响情况。当只考虑有横向止挡结构的情形时，若牵引电机悬挂节点横向刚度小于0.01kN/mm，车体、构架和牵引电机的横向振动性能将会稍微恶化;悬挂节点横向刚度大于0.01kN/mm时，只要电机横向止挡发挥作用，能够明显降低电机相对于轮对的横向位移，有效改善车辆的横向动力学性能，在高速情况下效果更为明显;而当悬挂节点横向刚度大于0.5kN/mm时，理论上可以不采用电机横向止挡结构。当只考虑有横向减振器结构的情形时，牵引电机横向减振器能够明显减小电机相对构架的横向位移，降低车体、构架和电机的横向振动加速度，进而改善车辆横向动力学性能;对于弹性架悬式动车来说，电机最佳横向阻尼比范围为0.3～0.5,而当电机悬挂节点横向刚度大于4kN/mm时，理论上可以不采用电机横向减振器。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 架悬式动力转向架国内外应用状况

1．3 弹性悬挂动力转向架国内外研究状况

1．4 论文主要工作

第2章 动力学模型建立及动力学性能评价方法

2．1 架悬式高速动车动力学模型

2．1．1 简化模型

2．1．2 模型自由度及广义坐标

2．1．3 模型中非线性因素

2．1．4 轨道激励

2．2 动力学性能评价方法

2．2．1 平稳性

2．2．2 稳定性

2．2．3 运行安全性

2．3 本章小结

第3章 直线上动力学性能分析

3．1 非线性稳定性

3．1．1 非线性稳定性计算方法

3．1．2 非线性临界速度分析

3．2 平稳性分析

3．2．1 车体横向平稳性

3．2．2 车体垂向平稳性

3．3 构架振动性能

3．3．1 构架横向振动性能

3．3．2 构架垂向振动性能

3．4 电机振动性能

3．4．1 电机横向振动性能

3．4．2 电机垂向振动性能

3．5 轮轴横向力

3．6 一系悬挂刚度敏感程度分析

3．7 本章小结

第4章 曲线上动力学性能分析

4．1 曲线线路设置

4．1．1 曲线半径

4．1．2 曲线超高

4．1．3 曲线长度

4．2 曲线通过性能

4．2．1 轮轨横向力

4．2．2 轮轴横向力

4．2．3 轮重减载率

4．2．4 脱轨系数

4．2．5 电机横向振动性能

4．3 本章小结

第5章 电机悬挂节点刚度研究

5．1 横向振动性能影响

5．1．1 Kh对车体横向振动性能影响

5．1．2 Kh对构架横向振动性能影响

5．1．3 Kh对电机横向振动性能影响

5．1．4 Kh对轮轴横向力影响

5．2 垂向振动性能影响

5．2．1 Kv对车体垂向振动性能影响

5．2．2 Kv对构架振动性能影响

5．2．3 Kv对电机振动性能影响

5．3 Kv值的选择对Kv优化结果影响

5．4 构架质量影响

5．4．1 不同构架质量对车体横向平稳性影响

5．4．2 不同构架质量对构架横向振动性能影响

5．4．3 不同构架质量对电机横向振动性能影响

5．5 电机质量影响

5．5．1 不同电机质量对车体横向平稳性影响

5．5．2 不同电机质量对构架横向振动性能影响

5．5．3 不同电机质量对电机横向振动性能影响

5．6 本章小结

第6章 电机横向止挡与横向减振器影响研究

6．1 电机横向止挡

6．1．1 不同Kh下电机横向位移变化

6．1．2 不同Kh下车体横向振动变化

6．1．3 不同Kh下构架横向振动变化

6．1．4 不同Kh下电机横向振动变化

6．1．5 不同运行速度下电机横向位移变化

6．1．6 不同运行速度下车体横向振动变化

6．1．7 不同运行速度下构架横向振动变化

6．1．8 不同运行速度下电机横向振动变化

6．1．9 不同运行速度下轮轴横向力变化

6．2 电机横向减振器

6．2．1 电机横向位移变化

6．2．2 车体横向振动变化

6．2．3 构架横向振动变化

6．2．4 电机横向振动变化

6．2．5 不同阻尼比对轮轴横向力影响

6．2．6 不同阻尼比对电机横向振动影响

6．2．7 不同阻尼比对车体和构架横向振动影响

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文