地铁车辆径向转向架自主化设计与应用试验研究

摘要

直线电机驱动的径向转向架建造结构复杂，技术含量高，目前其主要零部件均为国外进口。实际运用过程中随着运营公里数的逐渐增加，径向转向架部件性能不断下降，影响径向转向架正常性能，进而影响列车的正常运营，同时会对维修作业带来诸多不便。
　　进行径向转向架的自主化设计、研发、制造与试验等方面的研究，达到替换进口转向架的能力，不仅能够打破国外进口产品的垄断，还能加强对径向转向架技术地了解和掌握，提高自身技术水平，大幅降低采购周期及成本，使车辆的维护维修时间可控，保证车辆正常安全运营需求。
　　本文采用有限元数值仿真计算和线路动力学及动应力试验相结合的方法对北京地铁机场线车辆采用的直线电机驱动的径向转向架的自主化设计和应试验方法进行了针对性的研究，进而验证了自主设计的径向转向架的结构强度和动力学性能，主要工作包括:
　　(1)针对北京地铁机场线车辆径向转向架技术条件，建立径向转向架有限元模型，对其部件进行静强度和疲劳强度分析验证;
　　(2)针对进口径向转向架产品要求及车辆运用过程中的实际需求对自主化研制径向转向架部件进行强度试验，重点对比了径向转向架的摇枕、构架和叉臂在相应载荷和工况下实际贴片位置的强度试验结果和仿真结果;
　　(3)对于通过有限元仿真和静强度、疲劳试验满足强度要求的自主研发的径向转向架，参照相关标准进行动力学仿真计算;
　　(4)在北京地铁机场线实际运行线路上对自主研制的径向转向架进项动力学和动应力试验，验证产自主研制产品的动应力及动力学性能响应;
　　(5)结合数值计算结果和线路试验结果对地铁车辆径向转向架结构从强度和动力学性能两个方面提出改进建议，对其改进设计提供参考和指导意见。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 论文背景及意义

1．2 机场线转向架构成及原理

1．3 径向转向架与刚性转向架的区别

1．3．1 径向转向架

1．3．2 刚性转向架

1．3．3 通过小半径曲线时不同转向架的导向机理

1．4 国内外研究现状及发展

1．4．1 径向转向架国内外的发展

1．4．2 直线电机国外研究及发展

1．5 论文主要研究工作

2 径向转向架部件强度分析

2．1 有限元模型

2．1．1 径向转向架各部件机械性能

2．1．2 径向转向架有限元模型

2．1．3 径向转向架边界条件

2．2 径向转向架部件静强度分析

2．2．1 EN13749：2011标准静强度计算载荷与载荷工况

2．2．2 EN13749：2011载荷工况下静强度计算结果

2．3 径向转向架部件疲劳强度分析

2．3．1 疲劳强度评估方法

2．3．2 EN13749：2011标准疲劳强度计算载荷与载荷工况

2．3．3 EN13749：2011载荷工况下疲劳强度计算结果

2．4 本章小结

3 径向转向架部件强度试验和仿真对比

3．1 径向转向架试验工况实际试验测点和仿真测点

3．2 径向转向架试验与仿真结果对比

3．3 本章小结

4 直线电机地铁车辆动力学计算

4．1 动力学计算说明

4．1．1 动力学计算内容及动力学性能评定

4．1．2 动力学计算和分析方法

4．1．3 车辆系统非线性数学模型

4．2 计算条件

4．2．1 直线电机与轨道反应板作用力

4．2．2 轮轨接触几何关系分析

4．2．3 不同轮轨摩擦系数下的稳定性分析

4．2．4 等效锥度对稳定性的影响

4．3 空车悬挂参数优化

4．3．1 一系纵向刚度分析

4．3．2 一系横向刚度分析

4．3．3 一系垂向刚度分析

4．3．4 二系横向刚度分析

4．3．5 二系垂向刚度分析

4．3．6 一系摩擦系数分析

4．3．7 旁承摩擦系数分析

4．3．8 二系横向阻尼分析

4．3．9 二系垂向阻尼分析

4．3．10 径向机构刚度分析

4．3．11 径向节点位置分析

4．4 重车悬挂参数优化

4．4．1 一系纵向刚度分析

4．4．2 一系横向刚度分析

4．4．3 一系垂向刚度分析

4．4．4 二系横向刚度分析

4．4．5 二系垂向刚度分析

4．4．6 一系摩擦系数分析

4．4．7 旁承摩擦系数分析

4．4．8 二系横向阻尼分析

4．4．9 二系垂向阻尼分析

4．4．10 径向机构刚度分析

4．4．11 径向节点位置分析

4．5 悬挂模态分析

4．6 抗侧风倾覆稳定性

4．7 本章小结

5 径向转向架动应力及动力学试验

5．1 动应力试验分析

5．1．1 试验方法和测点布置

5．1．2 数据采集系统与数据处理

5．1．3 测试结果及分析

5．2 动力学试验分析

5．2．1 试验介绍

5．2．2 动力学性能指标评定标准

5．2．3 试验结果分析

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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