非理想状态车轮对地铁车辆动力学性能影响研究

摘要

随着经济的迅速发展和城市化进程的加快，世界上大部分城市都面临着如何快速有效的在较长距离内运送乘客的问题。地铁作为现代城市轨道交通中的重要交通运输方式之一，在缓解交通拥堵、提升市民出行效率和降低环境污染等方面发挥了重要作用。但是，由于制造工艺、车辆运行磨耗、检修水平等方面的因素，车辆车轮总是会出现诸如踏面磨耗、轮径差、质量偏心等非理想的情况。这不仅会恶化车辆的运行平稳性和安全性，还会破坏轨道结构，加剧线路变形等。因此，研究非理想状态车轮对地铁车辆动力学性能的影响具有较为重要的现实意义，且对地铁车辆结构设计、悬挂设计以及车辆检修等也能提供一定的理论依据和技术支撑。
　　本文阐述了国内外地铁发展概况，简要说明了非理想状态车轮的种类及形成原因，以多体系统动力学基本原理为基础，通过基本假设和非线性关系处理等方法，采用多体系统动力学仿真软件SIMPACK建立了地铁车辆的整车动力学模型，并参考GB5599-85中的相关规定对车辆的运行性能进行了仿真计算。仿真结果表明，该车辆的非线性临界速度、平稳性指标和曲线通过性能均能满足相关标准要求。
　　在车辆动力学模型和整车动力学性能基础之上，本文着重研究了转向架轮径差、车轮踏面磨耗和车轮质量偏心对车辆动力学性能的影响。研究结果表明:轮径差对车辆运行稳定性有一定程度的影响，对车辆运行平稳性则无影响，在曲线通过方面倾覆系数基本不受轮径差的影响，轮轨横向力、脱轨系数和磨耗指数受等值同向轮径差影响最大，而等值反向轮径差对轮轴横向力和轮重减载率的影响最为显著;踏面磨耗在轮轨接触几何方面会显著增大轮对的滚动圆半径差、轮轨接触角差、等效锥度和轮轨接触点分布，在车辆运行性能方面则会降低车辆非线性临界速度，恶化旅客乘坐舒适性，但在曲线通过方面则会显著降低轮轨横向力、脱轨系数和磨耗指数;车轮质量偏心虽然会对车轮产生一个周期性的激扰，并使轮轨系统产生周期性的强迫振动，但是在5mm偏心距范围内对车辆运行平稳性影响甚微，对曲线通过性能影响程度较小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及选题意义

1．1．1 国内外地铁发展概况

1．1．2 非理想状态车轮简介

1．1．3 选题意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 模型建立及动力学性能分析

2．1 SIMPACK简介及多体动力学基本原理

2．1．1 SIMPACK简介

2．1．2 多体动力学基本原理

2．2 车辆系统动力学模型

2．2．1 模型化原则

2．2．2 建模中所作假设及非线性因素

2．2．3 车辆系统动力学模型的建立

2．3 轨道激扰

2．3．1 轨道不平顺

2．3．2 轨道谱

2．4 动力学性能评价指标

2．4．1 运行平稳性评价指标

2．4．2 运行安全性评价指标

2．5 动力学性能分析

2．5．1 车辆运行稳定性

2．5．2 车辆运行平稳性

2．5．3 曲线通过安全性

2．6 本章小结

第3章 轮径差对车辆运行性能的影响

3．1 轮径差转向架受力分析

3．2 轮径差的种类及运动状态分析

3．3 对动力学性能的影响

3．3．1 蛇行运动稳定性分析

3．3．2 直线运行平稳性分析

3．3．3 曲线通过安全性分析

3．4 本章小结

第4章 踏面磨耗对车辆运行性能的影响

4．1 车轮踏面及钢轨简介

4．2 轮轨接触几何关系对比

4．2．1 滚动圆半径差

4．2．2 轮轨接触角差

4．2．3 踏面等效锥度

4．2．4 轮轨接触点分布

4．3 对动力学性能的影响

4．3．1 对临界速度的影响

4．3．2 对直线运行性能的影响

4．3．3 对曲线通过性能的影响

4．4 本章小结

第5章 车轮质量偏心对车辆运行性能的影响

5．1 车轮偏心激励

5．2 对车辆运行性能影响

5．2．1 单个车轮质量偏心

5．2．2 多个车轮质量偏心

5．3 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