机车牵引电机转子碰摩非线性动力学研究

摘要

铁路机车驱动系统由于布置在机车底部，工作条件恶劣，在输出动力的同时，驱动装置承受着来自轮轨的强大冲击，对列车的动力学性能有着重要影响。牵引电机是列车驱动系统的核心部件，而转定子碰摩是电机常见故障，同时也是引起驱动系统失稳的原因之一。列车运行速度的不断提高，对牵引电机的稳定性提出了更高要求。研究电机转子碰摩故障的动力学行为并加以预防，对保证列车运行可靠性和安全性有着重要意义。
　　论文将机车牵引电机转子系统作为研究对象，分析碰摩转子系统的非线性动力学行为。首先，对无故障Jeffcott模型转子系统的碰摩条件进行了推导。在考虑转轴材料的线性和非线性刚度的基础上，构建了非线性刚度转子系统的局部碰摩动力学模型;其次，结合MATLAB和VC各自的优势，用MTALAB进行图形用户界面设计，VC编写算法后编译成为可以被MATLAB调用的MEX文件，构建了联合仿真平台，并用范德波尔方程对仿真平台进行验证;最后，采用四阶Runge Kutta Fehlberg法对转子系统运动方程求解，利用仿真平台对转子碰摩进行仿真。分别以频率比和阻尼比为分岔参数，研究了特定偏心距下的转子稳态响应，从分岔图中发现系统存在周期解、拟周期解以及混沌等多种运动形式，并通过一系列动力学特性曲线图对结论作了进一步验证。
　　研究结果表明:电机转子在发生碰摩时，响应随频率比的变化交替性地经历周期k的分频振动及混沌运动，在周期、拟周期运动循环过程中，频谱图中1倍频和1.5倍频成分可作为碰摩识别依据;响应随着阻尼比的变化，经历拟周期到周期运动的变化过程.

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 碰摩转子研究现状

1．2．2 机车驱动系统研究现状

1．3 课题来源和研究意义

1．4 论文的主要工作

第2章 碰摩转子系统研究的理论基础

2．1 非线性系统响应的研究方法

2．2 分岔与混沌的基本概念

2．2．1 分岔的基本概念

2．2．2 混沌的基本概念

2．3 混沌的识别

2．3．1 混沌的图形

2．3．2 混沌振动的数值特征

2．4 本章小结

第3章 机车牵引电机碰摩转子动力学模型

3．1 机车电机碰摩转子的动力学模型

3．2 线性摩擦力的表达式

3．3 碰摩转子系统的运动微分方程

3．4 碰摩发生的条件

3．4．1 碰摩转速的确定

3．4．2 系统参数对碰摩转速的影响

3．4．3 临界转静子间隙对碰摩的影响

3．5 本章小结

第4章 VC与MATLAB联合仿真平台

4．1 仿真平台简介

4．2 图形用户界面

4．2．1 图形用户界面对象

4．2．2 图形对象句柄

4．3 建立图形用户界面

4．3．1 用户界面面板设计

4．3．2 用户界面组件回调函数编程

4．4 通过MEX调用C程序

4．4．1 用C语言编写MEX文件

4．4．2 编译环境的配置

4．4．3 MEX文件的组成

4．4．4 入口函数mexFunction

4．4．5 MEX调用示例

4．5 仿真平台的验证

4．6 本章小结

第5章 机车牵引电机碰摩动力学特性分析

5．1 机车牵引电机碰摩转子仿真模型

5．2 数值计算和RKF算法

5．2．1 数值计算

5．2．2 Runge-Kutta基本思想

5．2．3 定步长Runge-Kutta格式

5．2．4 变步长Runge-Kutta格式

5．3 非线性动力学特性仿真

5．3．1 频率比作分岔参数时混沌运动分析

5．3．2 阻尼比为分岔参数时动力学特性分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目