重載貨車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及仿真分析.pdf

1、重載鐵路作為鐵路貨物運(yùn)輸中最先進(jìn)最有效的技術(shù)手段，已在世界各國得到廣泛應(yīng)用及發(fā)展，并將有助于改善我國現(xiàn)今貨物運(yùn)輸供需矛盾問題。然而列車編組加長和軸重提高帶來了一系列制約重載運(yùn)輸發(fā)展的問題，如輪軌損傷、車鉤斷裂、列車脫軌等，嚴(yán)重威脅列車及貨物的安全。為保障重載鐵路運(yùn)輸健康快速發(fā)展，需要對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行大量現(xiàn)場調(diào)研、試驗(yàn)及理論仿真研究。
　　基于傳統(tǒng)的單節(jié)車輛-軌道垂-橫耦合動(dòng)力學(xué)模型，考慮車輛縱向自由度和車鉤緩沖器模型，將其擴(kuò)展為三維

2、列車-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型。單節(jié)貨車作為重載列車基本單位，將其簡化具有52個(gè)自由度的多剛體系統(tǒng)，并對(duì)其各部件進(jìn)行詳細(xì)的非線性建模;車鉤緩沖器作為紐帶將單元貨車串聯(lián)起來，傳遞列車的縱向牽引制動(dòng)力。模型中采用單車碰撞試驗(yàn)所得的緩沖器特性曲線，并考慮加卸載過程中的滯回特性。有砟軌道結(jié)構(gòu)模擬為三層質(zhì)量-彈簧-阻尼模型，鋼軌采用連續(xù)彈性離散點(diǎn)支承的Timoshenko梁模型，軌枕簡化為具有三向自由度的質(zhì)量塊，并將碎石道床等效為若干個(gè)離散剛性質(zhì)量塊;

3、同時(shí)加快長編組列車仿真效率，相應(yīng)建立集總參數(shù)軌道模型;應(yīng)用基于任意幾何型面的新型數(shù)值算法求解輪軌空間接觸幾何關(guān)系，利用Hertz滾動(dòng)接觸理論計(jì)算輪軌法向正壓力;輪軌蠕滑力的計(jì)算，根據(jù)研究目的不同，分別采用沈氏理論和Polach理論。最后，利用SIMPACK商用軟件驗(yàn)證模型的正確性和可靠性。
　　利用所建立的動(dòng)力學(xué)模型，調(diào)查平縱斷面曲線下車輛的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及曲線關(guān)鍵參數(shù)對(duì)輪軌動(dòng)態(tài)作用力、車輛的安全性及平穩(wěn)性的影響規(guī)律;基于現(xiàn)場實(shí)測輪

4、軌磨耗廓形，掌握不同曲線半徑和運(yùn)營里程下的輪軌磨耗特性，并仿真分析輪軌磨耗狀念下的輪軌接觸幾何關(guān)系及曲線通過動(dòng)力學(xué)性能;研究機(jī)車直線段及曲線段牽引制動(dòng)下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及列車變速工況下的車輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為、輪軌動(dòng)態(tài)作用力及縱向沖動(dòng)機(jī)理。
　　結(jié)果表明，列車駛過復(fù)雜線路時(shí)，平面曲線主要影響車輛動(dòng)力學(xué)性能;線路幾何參數(shù)設(shè)計(jì)中，條件允許情況下應(yīng)盡避免小半徑曲線，曲線參數(shù)中應(yīng)設(shè)置約10％的欠超高和足夠長的緩和曲線;實(shí)際運(yùn)營中的輪軌普遍存在