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原文传递跨座式单轨车辆走行轮轮胎偏磨机理及控制方法研究

论文题名：	跨座式单轨车辆走行轮轮胎偏磨机理及控制方法研究
关键词：	单轨车辆;走行轮对;轮胎偏磨;磨损控制
摘要：	跨座式单轨交通作为新型的城市轨道交通制式，正在中国陆续推广应用。跨座式单轨车辆转向架结构独特，运行线路曲率小、弯道多，车辆走行轮轮胎偏磨严重，轮胎更换频繁，造成维修及养护费用大，迫切需要开展走行轮轮胎偏磨机理及控制方法研究。本文依托国家自然科学基金项目“跨座式单轨车辆走行轮轮胎偏磨机理及控制方法研究”（项目编号:51475062），以降低跨座式单轨车辆走行轮轮胎偏磨为目标，研究建立单轨车辆等效试验系统;建立轮轨关系模型、单轨车辆空间耦合动力学模型;分析单轨车辆走行轮偏磨损力学成因，研究车辆参数对走行轮轮胎偏磨的影响及规律，揭示走行轮轮胎偏磨机理;构建走行轮偏磨损因子模型和预测模型，形成较完善的走行轮偏磨损评价体系，研究车辆参数协调匹配关系，开展单轨车辆走行轮轮胎偏磨损的控制方法研究。论文主要研究内容与成果如下: 　　(1)分析跨座式单轨车辆走行机理，研究轮轨相互作用的等效理论，构建单轨“车辆—轨道梁”相互动态作用耦合试验系统;研究利用多体动力学和有限元分析方法建立“车辆—轨道梁”仿真试验系统。构建物理试验和仿真试验于一体的、虚实结合、相互补充的单轨车辆走行轮偏磨研究试验系统，为后续分析、测试和验证单轨车辆走行轮轮胎偏磨机理及控制方法提供重要研究基础和手段。　　(2)分析跨座式单轨车辆空间拓扑结构，基于多体动力学理论，建立空间域内走行轮、导向轮、稳定轮与轨道梁之间多向接触的轮轨关系模型，研究走行轮轮胎力学模型，构建跨座式单轨“车辆—轮胎—轨道梁”空间耦合动力学模型;基于轮轨关系模型和动力学模型，研究走行轮、导向轮和稳定轮的受力形态，为走行轮轮胎偏磨机理及控制方法研究提供力学边界。　　(3)研究走行轮轮胎偏磨力学成因，建立单轨车辆侧向动力学模型，揭示走行轮轮胎偏磨机理:单轨车辆曲线通过时，走行轮、导向轮和稳定轮的垂向力在横向上的耦合作用使走行轮出现侧倾与侧偏状态，致使走行轮胎面上的纵向、侧向剪切力及相应滑移量沿轴向分布不均，导致走行轮偏磨损发生;走行轮、导向轮和稳定轮的垂向力的横向耦合作用程度影响轮轨接触区剪切力分布梯度和走行轮偏磨程度。利用多体动力学和有限元相结合的研究方法，从宏观和微观两个层面建立走行轮轮胎磨耗模型，提出走行轮偏磨损评价指标，揭示单轨车辆结构参数和动力学参数对走行轮偏磨损的影响规律，基于全局灵敏度分析法，利用蒙特卡洛估计开展关键影响因素敏感性分析，研究影响走行轮偏磨损的主要因素。　　(4)根据因子分析理论建立跨座式单轨车辆走行轮偏磨损因子模型，推导因子得分公式，提出快速预判给定单轨车辆设计方案下的走行轮偏磨损状态的因子得分方法，形成了评价走行轮偏磨损的综合性评价指标。基于支持向量机非线性回归算法理论，建立走行轮偏磨损因子预测模型。研究发现影响走行轮偏磨损的主因子依次为单轨车辆结构参数因子、走行轮系纵向与横向动力学参数因子、走行轮垂向刚度因子与空气弹簧垂向刚度因子。建立的预测模型能以较高精度快速准确预判单轨车辆走行轮的偏磨损状态。　　(5)以走行轮偏磨损控制为优化目标，基于改进型遗传算法，建立以单轨车辆结构参数与动力学参数为变量集、以走行轮偏磨因子为目标的优化模型，从车辆结构参数、动力学参数协调匹配角度，提出抑制单轨车辆走行轮轮胎偏磨损的控制方法。研究表明，车辆参数优化后的走行轮偏磨因子、走行轮摩擦功和摩擦功偏度值等三个偏磨损评价指标明显下降，走行轮偏磨损性能明显提高。
作者：	文孝霞
专业：	交通运输工程；载运工具运用工程
导师：	杜子学
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文