快线城轨车辆运动稳定性研究

摘要

随着城市经济圈的不断扩大，快线城轨车辆规模不断扩大，随之而来的车辆动力学问题愈发凸显。车轮磨耗导致快线城轨车辆轮轨匹配状态恶化，车辆运动稳定性降低，严重影响了车辆乘坐性能。车轮镟修是解决此类问题最直接的办法，但是车轮的镟修次数是有限的，频繁的镟修会缩短车轮使用寿命，增加运营成本。为了探寻其他有效的解决措施，本文针对快线城轨车辆在不同车轮状态下的动力学问题进行了研究和分析，主要开展以下工作：　　(1)基于运营快线城轨车辆的线路动力学试验测试数据，分析了车辆的动力学性能指标，分析了车体和构架的振动频率以及振动传递关系。此类车辆在最高运行速度下，均存在横向平稳性指标超过优秀等级限制2.5，而垂向平稳性指标无异常的情况。基于此，明确研究核心为车辆在较高速度下运行的横向运动稳定性问题。　　(2)研究了自由轮对和柔性定位转向架的蛇行运动规律和主要影响因素，为车辆横向运动稳定性研究提供理论基础。建立了某型最高运营速度为120km/h的地铁车辆的Simpack多刚体动力学仿真模型，结合实测车轮LM踏面廓形，再现了实际运营中出现的横向平稳性指标超标问题。从车辆系统悬挂模态、轮轨匹配状态、振动频率和振动传递等方面分析了车辆乘坐性能异常原因。　　(3)提出基于原车进行悬挂参数优化和安装抗蛇行减振器两种方法以提高车辆横向运动稳定性。仿真分析车辆在不同等效锥度、一系定位刚度、一系垂向刚度和阻尼、二系横向刚度和阻尼、二系垂向刚度和阻尼、抗侧滚扭杆刚度以及安装抗蛇行减振器下的动力学性能，并得到了滚振试验的验证。结合空间矢量映射法，对比了轮轮等效锥度和轮轨等效锥度的差异。利用建立的地铁车辆动力学模型，对车辆在安装抗蛇行减振器后的曲线通过性能进行了仿真预测。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 快线城轨车辆运动稳定性研究综述

1.2.1 国内外运用现状

1.2.2 现有快线城轨车辆存在问题

1.2.3 国内外研究现状综述

1.3 本文主要研究工作和研究方案

第2章转向架蛇行运动分析

2.1 自由轮对蛇行运动规律

2.2 柔性定位转向架蛇行运动规律

2.3 本章小结

第3章车辆运动稳定性仿真研究

3.1 建立车辆多体动力学仿真模型

3.2 车辆系统悬挂模态

3.3 等效锥度对车辆运动稳定性的影响

3.3.1 等效锥度对线性稳定性的影响

3.3.2 等效锥度对非线性稳定性的影响

3.4 车辆在磨耗轮下振动特性分析

3.5 本章小结

第4章提升车辆运动稳定性方法研究

4.1 优化悬挂参数

4.1.1 一系定位刚度

4.1.2 一系垂向刚度和阻尼

4.1.3 二系横向刚度和阻尼

4.1.4 二系垂向刚度和阻尼

4.1.5 抗侧滚扭杆刚度

4.2 安装抗蛇行减振器

4.2.1 抗蛇行减振器特性

4.2.2 安装抗蛇行减振器性的必要性分析

4.3 本章小结

第5章 120 km/h 速度级地铁车辆滚振试验

5.1 滚振试验概述

5.1.1 试验方法

5.1.2 试验工况

5.2 轮轮与轮轨接触等效锥度比较

5.2.1 轮轮接触特性

5.2.2 空间矢量映射法

5.2.3 等效锥度对比结果

5.3 试验结果分析

5.3.1 轮对横移量和摇头角

5.3.2 临界速度

5.3.3 转臂节点对比

5.3.4 二系横向减振器对比

5.3.5 抗蛇行减振器对比

5.4 本章小结

第6章安装抗蛇行减振器的预测

6.1 车辆曲线通过性能预测

6.1.1 运行安全性评价指标

6.1.2 曲线通过安全性

6.1.3 磨耗功率

6.2 安装经济性预测

6.3 本章小结

结论与展望

1. 主要研究结论

2. 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目

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