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高速列车-道岔系统动力学建模与耦合作用分析
| 论文题名： | 高速列车-道岔系统动力学建模与耦合作用分析 |
| 关键词： | 高速列车;道岔系统;动力学建模;耦合作用 |
| 摘要： | 道岔是铁路轨道的重要组成部分,也是决定行车速度和安全的主要因素。长期以来,由于列车都是以较低的速度通过道岔,列车与道岔间的耦合作用力并不明显。随着铁路的高速化运营,列车与道岔系统之间的动力学作用也越来越强烈,由此将道岔和车辆作为一个大系统,并对该系统动力学的一般规律加以详细的研究,以期能改善整个系统的耦合振动情况,提高列车的过岔速度。 本文以多体系统动力学软件 UM(Universal Mechanism)为建模仿真平台,其建模与求解一般包括几何模型、物理模型、数学模型及分析结果四个部分。考虑横向、垂向、侧滚、摇头、点头五个自由度,将车辆的动力学模型简化为一个车体、两个构架、四个轮对组成的多刚体系统。在道岔的简化过程中,将基本轨简化为双向可弯的等截面欧拉梁,将尖轨、心轨简化为双向可弯的变截面欧拉梁,尖轨与基本轨、心轨与翼轨的密贴部分被视为钢轨。给出车辆子系统和道岔子系统的振动方程,作为UM建模中的数学模型。 在建立轨道的几何模型过程中,在AutoCAD中建立60kg/m轨18号可动心轨式单开道岔的截面形状,并提取每一个钢轨截面的坐标,将坐标值导入UM中,通过插值生成平滑的轨道模型,再导入惯性矩、弹性模量和单位长度质量,得到轨道的物理模型。根据车体、构架、轮对的几何参数,通过 marker点确定每个刚体的空间位置,用力元将刚体连接,再导入刚体的质量、转动惯量、力元刚度以及阻尼,利用UM中三维建模功能建立车辆的几何模型。结合所给出的数学模型,在 UM中生成车辆-道岔系统的耦合动力学模型。以轮轨力作为仿真结果的验证标准,所得轮轨力的仿真结果与现有文献中轮轨力的波形基本吻合,验证了所建立耦合动力学模型的正确性。最后在UM中,以车辆-道岔系统的耦合动力学模型为目标对象,通过 UM中自带求解器的计算,仿真车辆分别以直逆向350km/h和侧逆向80km/h的速度通过道岔,对这两种工况下车辆及其部件的振动加速度、位移、脱轨系数,以及轨道的振动加速度、位移等参数进行了分析,提取出列车过岔过程中最恶劣工况下的动力学参数,并通过仿真波形对产生这一恶劣工况的原因进行分析。 仿真结果表明:侧逆向过岔时,在转辙区车轮与尖轨会产生峰值较高的瞬时冲击力,在辙叉区轮被会撞击护轨产生瞬时反向的横向轮轨力。直逆向过岔时,轨道系统的短波不平顺对整体系统的影响更为明显,由于辙叉区不平顺波长较短,因此辙叉区的振动要大于转辙区。 |
| 作者： | 聂宇 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张金敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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