单轴转向架方案设计及其悬挂参数优化研究

摘要

随着经济日益发达的现代社会，综合性的运输日益提上发展日程。公铁两用车以其运输的持续性，可实现门对门的运输等优势，在近些年来有了一定的发展，并在将来会有广泛的运用。本文为设计一款长大型、重载公铁两用车辆的铁轮行驶装置的内侧轴箱式单轴转向架方案，国内对内侧轴箱式转向架及单轴转向架的研究较少，尚无成熟运用;本文对用于公铁两用车辆的内侧轴箱式单轴转向架的悬挂系统的参数进行了集成优化，首先得到悬挂参数与动力学指标之间的输入输出响应的代理模型;在代理模型的基础上对悬挂参数进行多目标优化，得到悬挂系统响应的优化方案，并进行了动力学仿真验证;最后对内侧轴箱式单轴转向架动力学性能进行了较为系统的研究，本文具有一定的理论和工程参考价值。
　　本文所做主要工作有以下几个方面:
　　1.阐述了国内外有关悬挂参数优化的研究现状以及单轴转向架与内侧轴箱式转向架的发展概况。
　　2.对内侧轴箱式单轴转向架进行了方案设计及主要零部件的选型分析，确定转向架的结构型式和技术参数，并建立了三维实体模型。建立了包括四台内侧轴箱式单轴转向架在内的车辆动力学模型，通过经验数据以及单一变量法仿真分析，确定出一组基本满足动力学运行条件的悬挂参数组合。
　　3.利用多学科综合优化软件Isight集成多体动力学软件SIMPACK及物理仿真的方法，以8个悬挂参数为设计变量，以脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、轮轴横向力及磨耗功率、临界速度作为响应值，得到500组样本点。运用最优拉丁超立方设计样本技术建立车辆动力学模型悬挂参数的代理模型，并对代理模型进行误差分析。
　　4.在代理模型的基础上，采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对转向架的悬挂参数进行优化，最终确定出一组最佳悬挂参数组合，并对优化结果进行仿真分析验证。
　　5.根据优化后的悬挂参数对车辆的动力学性能进行分析。分别讨论空车和满载两种工况下的稳定性、平稳性及曲线通过性能进行分析;最后比较内侧轴箱式单轴转向架与常规单轴转向架的动力学性能。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 车辆悬挂参数优化研究现状

1．2．2 单轴转向架研究现状

1．2．3 内侧轴箱式转向架研究现状

1．3 研究内容与方法

1．4 技术路线

2 内侧轴箱式单轴转向架方案设计

2．1 轴箱内悬挂式单轴转向架总体设计

2．1．1 轴箱内悬挂式单轴转向架组成

2．1．2 转向架主要技术参数

2．2 轮对轴箱装置

2．3 构架

2．4 二系悬挂装置

2．4．1 空气弹簧装置

2．4．2 抗点头装置

2．4．3 抗侧滚装置

2．5 制动装置

2．6 本章小结

3 转向架悬挂系统代理模型

3．1 代理模型基本概念

3．2 试验设计方法

3．3 代理模型建模方法

3．4 转向架悬挂系统代理模型的建立

3．4．1 内侧轴箱式单轴转向架车辆系统动力学模型

3．4．2 因子、水平和响应

3．4．3 试验样本计算

3．4．4 试验设计结果分析

3．4．5 动力学模型的代理模型及误差分析

3．4．6 代理模型验证

3．5 本章小结

4 单轴转向架悬挂参数多目标优化

4．1 Pareto解集基本概念

4．1．1 向量的自然序

4．1．2 解的占优关系

4．1．3 Pareto最优解集和Pareto前沿

4．2 多目标优化算法

4．3 单轴转向架悬挂参数优化

4．4 优化前后结果对比分析

4．5 本章小结

5 单轴转向架车辆动力学性能分析

5．1 动力学性能评价指标

5．2 稳定性分析

5．3 直线工况平稳性分析

5．4 曲线通过性能分析

5．5 内侧轴箱式单轴转向架与常规单轴转向架动力学性能对比

5．5．1 稳定性对比

5．5．2 直线工况平稳性对比

5．5．3 曲线通过性能对比

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

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