基于城际车轴箱加速度的轮轨力分析

摘要

随着列车运行速度提高，轮轨间相互作用更加剧烈，影响列车运行稳定性与安全性。轮轨力是车辆系统运行安全性重要评价指标之一，目前广泛采用测力轮对对轮轨力进行测量，但测力轮对造价较为昂贵，运营寿命较短，存在一定的安全隐患。轴箱加速度的测试安全方便，对车辆运行性能不会产生任何影响。因此本文以城际列车拖车轮轴为研究对象，基于线路试验和动力学仿真，对轮轨力与轴箱加速度的传递关系进行了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴建立城际列车拖车轮轴有限元模型，进行静力学分析和有限元仿真，并进一步采用动态标定法，对轮轴进行标定试验，并分析其力矩和应力分布，确定线路测试测点布置方案。⑵对线路实测信号信号进行数据处理，分析轮轴测试信号的时域特性，引入轮轨力标定结果，得到不同线路工况下的轮轨动态作用力，进一步编制轮轴载荷谱和应力谱，并以此为基础，得到车轴应力分布曲线。⑶从时域和频域两个方面得到轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的信号特征，通过三分之一倍频程方法细分信号，分析两者信号的相干性，得到轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的最值传递拟合曲线。⑷建立考虑弹性轮对的车辆系统动力学模型，仿真分析车辆以不同速度级通过直线、曲线线路工况，并对两种工况下轮轨横向力和轴箱横向加速度数据进行时频分析，得到二者最值传递拟合曲线。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轮轨力研究现状

1．2．2 载荷识别研究现状

1．3 论文数据处理方法

1．4 论文的主要研究内容和方法

2 轮轴测试方案及载荷识别

2．1 轮轴标定仿真分析

2．1．1 工况设置

2．1．2 仿真结果

2．2 轮轴标定试验

2．2．1 轮轴标定试验原理

2．2．2 轮轴标定试验分析

2．3 线路测试试验

2．3．1 线路测试原理

2．3．2 试验测点布置方案

2．3．3 试验条件及方法

2．4 本章小结

3 轮轴载荷时域特性及载荷谱编制

3．1 轮轴实测信号时域特性

3．1．1 启动、制动工况

3．1．2 直线工况

3．1．3 曲线工况

3．2 时域信号处理方法

3．2．1 曲线拟合方法综述

3．2．2 应力集中系数

3．3 轮轨力时域信号处理

3．3．1 车轴测点信号处理

3．3．2 车轮辐板测点信号处理

3．4 载荷谱和应力谱编制

3．4．1 直线工况

3．4．2 曲线工况

3．5 车轴应力分布

3．6 本章小结

4 轮轨垂向力与轴箱垂向加速度传递特性

4．1 传递特性时频分析理论

4．1．1 信号振动特征统计参数

4．1．2 傅里叶变换理论

4．1．3 功率谱密度估计方法

4．1．4 三分之一倍频程理论

4．1．5 相干性

4．2 轮轨垂向力实测信号时频特性

4．2．1 时域特性

4．2．2 频域特性

4．3 轴箱垂向加速度实测信号时频特性

4．3．1 时域特性

4．3．2 频域特性

4．4 轮轨垂向力与轴箱垂向加速度实测信号时频关系

4．4．1 时域关系分析

4．4．2 频域关系分析

4．5 轮轨垂向力与轴箱垂向加速度最值拟合分析

4．5．1 拟合曲线

4．5．2 拟合曲线验证

4．6 本章小结

5 车辆系统动力学建模与仿真

5．1 车辆系统动力学建模基本原理

5．1．1 车辆系统动力学建模的基本概念

5．1．2 车辆系统动力学基本运动方程

5．1．3 车辆系统动力学建模与求解一般过程

5．2 车辆系统SIMPACK动力学建模

5．2．1 模型弹性化流程

5．2．2 轮对弹性化建模

5．2．3 轨道系统激扰

5．2．4 整车动力学模型

5．3 车辆系统动力学模型评价

5．3．1 安全性指标

5．3．2 运动稳定性指标

5．3．3 轮轨动态接触指标

5．3．4 弹性模型的验证

5．4 轮轨横向力与轴箱横向加速度仿真信号时频关系

5．4．1 时域关系分析

5．4．2 频域关系分析

5．5 轮轨横向力与轴箱横向加速度最值拟合分析

5．5．1 拟合曲线

5．5．2 拟合曲线验证

5．6 本章小结

6 结论与展望

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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