考虑悬挂参数影响的地铁车辆曲线通过性能研究

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我国城市轨道交通系统近年来发展迅速,总里程已超过5000 km。地铁作为城市轨道交通系统的重要组成部分,能够承载较大的客运量,是当今社会城市居民短距离出行的首要选择之一,也是我国城市轨道交通的主流制式,占据了绝大部分总里程。地铁选线时,需要考虑城市的布局和规划、分析预测客流量、合理布置站段等多方面因素,选线中不可避免地会设置许多曲线和坡道,常规地铁正线最小曲线半径通常为300 m,场段曲线半径则更小。地铁车辆在通过曲线时,会产生轮对冲角,依据动力学基本理论,地铁转向架导向轮对冲角与轴距成正比,与曲线半径呈反比,因此曲线半径越小,导向轮对冲角越大,轮轨磨耗指数增大,轮对与轨道之间的相互作用和磨耗增加,伴随而来的就是一系列的动力学问题。本文对地铁车辆的动力学性能进行分析,重点分析地铁车辆的曲线通过性能,分析车辆悬挂参数对车辆曲线通过性能的影响。首先,本文归纳总结了国内外学者对车辆曲线通过问题的研究,借鉴既有研究成果和方法,形成本文工作的研究思路,即以某B型地铁车辆为对象,对车辆部分结构进行一定简化处理,利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆完整动力学模型,针对车辆的主要悬挂参数,通过控制变量的方法分析其对车辆曲线通过性能的影响。通过分析研究发现,较大的一系纵向刚度,会一定程度限制轮对与构架间的相对纵向位移,过度地约束了轮对相对于转向架的摇头运动,曲线通过时导向轮对轮轨间相互作用会增大,不利于车辆曲线通过。二系纵/横向刚度的增加,使轮轨横向力和脱轨系数增加,但轮轨垂向力和轮重减载率有所减小,所以悬挂刚度应合理匹配。对一系纵向刚度和二系纵/横向刚度进行优化选取,然后对车辆进行动力学性能分析,与原车辆进行对比,发现悬挂参数优化选取后的车辆能够较好改善轮轨间相互作用,提高车辆的曲线通过性能,但同时,稳定性和平稳性有所下降。以其他对车辆曲线通过性能影响较小的悬挂参数为对象,分析它们对车辆稳定性和平稳性的影响,对这些悬挂参数进行合理优化选取。同时增加了一系抗摇头减振器装置,通过分析其阻尼系数对车辆非线性临界速度的影响,选取了合适的阻尼系数。最终优选后的车辆在改善车辆曲线通过性能的同时,能兼顾较好的车辆稳定性和平稳性,说明各悬挂参数的取值较为合理。
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