摆臂式动力转向架设计及动力学研究

摘要

为实现现在高速跨越运输的要求，公铁两用车渐渐进入人们的视野，受到人们越来越多的关注。公铁两用车是一种既能在公路上行驶又能够在铁路上行驶的多用途运输车辆，它适应现在高速运输的需求，门对门的便捷运输优势更是极大的提高了运输效率。本文以《铁路行驶装置动力学仿真及结构设计研究》课题为背景，以已有的六轴公路车辆为基础，设计两个符合要求的安装在公路车底盘下的铁轮行走装置（即文中的摆臂式动力转向架），实现公路铁路两种工况下的运行。由于其特殊的空间与技术要求，采用了内侧悬挂轴箱式装置、体悬式电机悬挂驱动装置、摆臂式升降装置及小半径轮轴装置等大量的新型结构，与传统车辆转向架有着一定不同。本文基于其特殊的使用要求，完成对转向架的基本设计，然后对车辆动力学仿真分析，对车辆的悬挂参数进行了优化，进一步提高了车辆的动力学性能，论文具体包括以下几个方面的内容:
　　(1)介绍公铁两用车的研究意义与研究现状。根据公路车的各项技术参数并结合相关设计要求，完成了摆臂式动力转向架的方案设计，其中包括轮对轴箱装置、构架装置、弹性悬挂装置、基础制动装置、驱动装置，并对两用车的制动与牵引进行了计算。
　　(2)根据摆臂式动力转向架基础尺寸与技术参数建立转向架动力学模型，在此基础上进而完成整车动力学模型的建立，设计线路激励与仿真工况。
　　(3)对整车进行动力学仿真，分别考察车辆运行的稳定性、平稳性及曲线通过能力，结合相关评价指标对试验结果进行评价和分析，得出车辆动力学性能随着曲线半径的减小而下降，小半径曲线通过能力偏差，但总体各项指标均满足限值标准的结论。
　　(4)为进一步提高整车的动力学性能，利用Isight与SIMPACK进行联合仿真，对转向架悬挂参数进行优化，建立克里格近似模型，优化得出一组动力学性能较好的悬挂参数，进而仿真得出优化后的动力学性能指标，与优化前进行相比，提高了其动力学性能。
　　总体来说，论文摆臂式动力转向架满足设计要求，动力学性能符合相关规定，其小半径曲线通过性能使其有着较高的使用范围，是一种很有发展前景的新型转向架。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景

1．2 研究意义

1．3 公铁两用车的研究历史与现状

1．4 动力学性能优化的研究

1．5 研究内容

2 摆臂式动力转向架设计

2．1 转向架设计方案

2．2 轮对轴箱装置

2．2．1 车轴结构

2．2．2 车轮结构

2．2．3 轴箱结构

2．2．4 滚动轴承选型

2．3 构架装置

2．3．1 构架的设计

2．3．2 固定构架结构设计

2．3．3 心盘结构设计

2．3．4 摆臂装置的组成

2．3．5 摆臂机构原理

2．3．6 摆臂装置结构设计

2．3．7 销轴设计

2．3．8 锁死机构设计

2．3．9 液压驱动机构设计

2．5 弹性悬挂装置

2．5．1 定位装置结构设计

2．5．2 轴箱弹簧设计

2．5．3 垂向液压减振器选型

2．5．4 抗侧滚扭杆装置设计

2．6 基础制动装置

2．6．1 基础制动装置组成

2．6．2 制动盘结构设计

2．6．3 制动闸片及闸片托

2．6．4 制动距离的计算

2．7 驱动装置

2．7．1 驱动电机的设计

2．7．2 万向轴的工作原理

2．7．3 齿轮箱的设计方案

2．8 本章小结

3 整车动力学性能分析

3．1 整车动力学建模

3．2 车辆的仿真工况

3．2．1 线路与载重工况仿真设计

3．2．2 轨道不平顺

3．2 车辆的稳定性及其评价指标

3．3 车辆曲线通过能力及其评价指标

3．3．1 脱轨系数

3．3．2 轮重减载率

3．3．3 轮轨横向力

3．3．4 轮轴横向力

3．3．5 磨耗指数

3．3．6 倾覆系数

3．3．7 车辆曲线通过能力仿真结果

3．4 平稳性及其评价指标

3．5 本章小结

4 悬挂参数的优化分析

4．1 Isight的先决条件

4．3 试验设计

4．3．1 试验设计方法

4．3．2 试验设计算法

4．3．3 试验设计操作

4．3．4 试验设计结果分析

4．4 建立近似模型

4．4．1 近似模型建立方法

4．4．2 近似模型误差分析

4．5 多目标优化设计

4．5．1 优化设计算法选择

4．5．2 优化模型建立和优化结果

4．6 本章小结

5 优化前后动力学性能的对比分析

5．1 优化后车辆的动力学

5．2 动力学性能的优化率

5．3 悬挂系统的改进设计

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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