重載貨車系統(tǒng)動力學建模及仿真分析.pdf

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

2、列車-軌道耦合動力學模型。單節(jié)貨車作為重載列車基本單位，將其簡化具有52個自由度的多剛體系統(tǒng)，并對其各部件進行詳細的非線性建模;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力。模型中采用單車碰撞試驗所得的緩沖器特性曲線，并考慮加卸載過程中的滯回特性。有砟軌道結構模擬為三層質量-彈簧-阻尼模型，鋼軌采用連續(xù)彈性離散點支承的Timoshenko梁模型，軌枕簡化為具有三向自由度的質量塊，并將碎石道床等效為若干個離散剛性質量塊;

3、同時加快長編組列車仿真效率，相應建立集總參數軌道模型;應用基于任意幾何型面的新型數值算法求解輪軌空間接觸幾何關系，利用Hertz滾動接觸理論計算輪軌法向正壓力;輪軌蠕滑力的計算，根據研究目的不同，分別采用沈氏理論和Polach理論。最后，利用SIMPACK商用軟件驗證模型的正確性和可靠性。
　　利用所建立的動力學模型，調查平縱斷面曲線下車輛的動態(tài)響應，以及曲線關鍵參數對輪軌動態(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)場實測輪

4、軌磨耗廓形，掌握不同曲線半徑和運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系及曲線通過動力學性能;研究機車直線段及曲線段牽引制動下的系統(tǒng)動態(tài)響應，以及列車變速工況下的車輛系統(tǒng)動態(tài)行為、輪軌動態(tài)作用力及縱向沖動機理。
　　結果表明，列車駛過復雜線路時，平面曲線主要影響車輛動力學性能;線路幾何參數設計中，條件允許情況下應盡避免小半徑曲線，曲線參數中應設置約10％的欠超高和足夠長的緩和曲線;實際運營中的輪軌普遍存在