门架式转向架铰接式列车结构及动力学性能研究

摘要

本文首先介绍了铰接式列车、单轴转向架及独立旋转车轮三种技术的结构原理、特点、运用和研究情况，对基于ULF的门架式转向架铰接式列车的转向架结构和导向机构、车体悬挂和编组方式等进行了分析，指出了独立旋转车轮在导向原理上存在的问题，分析了门架式转向架在导向机构作用下其多自由度车轮的导向原理。在清楚整车结构原理的基础上运用Solidworks软件建立起了整列车的三维模型，运用SIMPACK软件建立其动力学模型，并对直线和曲线通过条件下的转向架悬挂参数进行了优化仿真，在得到优化后参数的基础上，对各速度下直线和不同半径曲线通过下的动力学性能进行仿真，根据各动力学性能指标的变化特点，证明门架式转向架铰接式列车在仿真测试的线路条件下拥有良好的动力学性能。通过与另外两种分别采用了典型独立旋转车轮和传统轮对车型的仿真对比，证明了门架式转向架铰接列车在选定速度和曲线半径区间上有更好的动力学性能，能够满足城轨交通车辆的运行需要。
　　本文的主要研究结论有:
　　1.通过对门架式转向架铰接式列车的结构分析和研究发现，该车除了把独立旋转车轮、单轴转向架、铰接式列车及径向调整机构等技术融合在一起以外，还有多自由度车轮、倒置的二系悬挂等结构，整车的结构独特，这是该车实现小半径曲线通过和极低地板面高度的关键;
　　2.对门架式转向架使用的多自由度车轮导向原理进行分析，证明了由于导向机构的存在使其车轮恢复了导向能力，相比于传统轮对有较好的小半径曲线通过能力，车轮磨耗更小;
　　3.悬挂参数优化后门架式转向架铰接式列车在直线和小半径曲线上的动力学仿真结果证明其具有良好的动力学性能，能够在城轨交通线路条件下运行。
　　本文通过建立门架式转向架铰接式列车的动力学模型并进行仿真，研究了其动力学特点，对城轨车辆相关的低地板、独立旋转车轮、径向转向架等技术的综合使用情况进行了仿真分析，指出了其在城市交通领域的动力学性能优势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 相关转向架及列车结构概述

1．2．1 铰接式列车

1．2．2 单轴转向架

1．2．3 独立旋转车轮

1．3 论文的主要内容

第二章 门架式转向架铰接式列车结构分析

2．1 列车编组和车体连接形式

2．2 转向架总体结构

2．3 车轮组结构

2．4 转向架悬挂方式

2．4．1 一系悬挂

2．4．2 二系悬挂

2．5 制动装置

2．6 平衡拉杆

2．7 导向机构

2．8 本章小结

第三章 门架式转向架铰接式列车动力学模型

3．1 门架式转向架独立旋转车轮的导向原理

3．1．1 单个车轮的受力分析及蠕滑理论

3．1．2 独立旋转车轮组的导向原理

3．1．3 迫导向机构作用下的独立旋转车轮导向原理

3．2 门架式转向架铰接式列车动力学模型

3．2．1 转向架动力学模型

3．2．2 整车动力学模型

3．3 车辆动力学计算内容

3．3．1 车辆运行平稳性

3．3．3 动态曲线通过性能

3．4 本章小结

第四章 门架式转向架铰接式列车悬挂参数的优化

4．1 动力学性能评价标准

4．1．1 垂向以及横向平稳性指标

4．1．2 脱轨系数

4．1．3 轮重减载率

4．1．4 通过曲线时的磨耗性能

4．2 动力学模型的建立及基本工况设定

4．3 列车平稳性观测点的选取

4．4 初始参数下的车辆动力学性能

4．4．1 直线状态下的动力学性能

4．4．2 曲线状态下的动力学性能

4．5 针对动力学性能的悬挂参数优化

4．5．1 一系悬挂纵／横向刚度的优化

4．5．2 一系悬挂垂向刚度的优化

4．5．3 二系悬挂刚度的优化

4．5．4 二系悬挂阻尼的优化

4．5．5 总结

4．6 本章小节

第五章 门架式转向架铰接式列车动力学性能的预测与比较

5．1 参数优化后动力学性能的预测与分析

5．1．1 直线状态各速度下的动力学性能仿真

5．1．2 曲线通过时的动力学性能仿真

5．1．3 导向机构的导向作用效果

5．1．4 总结

5．2 三种车轮结构形式下曲线通过性能的比较

5．2．1 三种车辆模型的车轮结构

5．2．2 仿真结构分析

5．2．3 对三种车型总磨耗数的分析

5．2．4 总结

5．3 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文