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原文传递车轮磨耗与抗蛇行减振器耦合作用下车轮型面多目标优化研究

论文题名：	车轮磨耗与抗蛇行减振器耦合作用下车轮型面多目标优化研究
关键词：	高速动车组;抗蛇行减振器;轮轨接触几何;多目标优化
摘要：	随着高速动车组运营速度增加，轮轨间的动态作用加剧，过快的车轮磨耗使得轮轨接触关系恶化，形成轮轨的不良接触特性，而轮轨的这种耦合状态又影响抗蛇行减振器的工作状态，进而对车辆运行安全性造成影响。因此,探究车轮磨耗与抗蛇行减振器之间的耦合作用，并据此设计合理的车轮型面是保证车辆安全平稳运行、延长轮对服役寿命的重要措施。　　本文从抗蛇行减振器等效参数建模及车轮型面统计分析出发，开展车轮磨耗与抗蛇行减振器耦合作用下车轮型面多目标优化研究。本文建立车辆动力学模型和抗蛇行减振器等效参数模型，分析抗蛇行减振器阻尼特性参数对车辆平稳性的影响；跟踪测量服役动车组车轮型面，通过对轮轨接触几何参数的分析，揭示其演变规律，并讨论车轮磨耗诱发下抗蛇行减振器振动状态变化规律；通过设计正交试验得到抗蛇行减振器阻尼特性参数对车轮磨耗的影响；利用多目标优化方法设计车轮型面及相匹配的抗蛇行减振器阻尼特性参数，为高速动车的设计提供依据。具体工作内容如下：　　（1）建立多刚体车辆动力学模型；基于抗蛇行减振器内部结构特征，建立包含结构阻尼、节点刚度和附加刚度的等效参数模型；对比仿真与台架试验得到的抗蛇行减振器示功图验证等效参数模型可靠性；分析抗蛇行减振器阻尼特性参数对车辆平稳性的影响。结果表明随着抗蛇行减振器结构阻尼和节点刚度的增加，高、低两种车速下车辆平稳性指标分别呈现上升和下降的趋势，需要结合实际工况选择合适的阻尼特性参数。　　（2）根据车轮型面跟踪测试结果，分析得到车轮型面磨耗的演变规律。计算得到不同磨耗车轮下抗蛇行减振器正常工作和故障时振动幅值、速度和主频的变化情况。结果表明车轮磨耗越大，轮轨接触几何状态越差，抗蛇行减振器两端振动幅值和速度越大，尤其是在车速较高时表现更为明显；在抗蛇行减振器故障时其振动主频随车速增加在车体和转向架蛇行运动频率范围内呈现周期波动，正常工作时其振动主频无明显变化。　　（3）设计考虑抗蛇行减振器阻尼特性参数的三因素三水平正交试验，选择抗蛇行减振器结构阻尼、节点刚度和附加刚度作为试验因素，选择踏面磨耗、轮缘磨耗和名义等效锥度作为评价指标，探究在一个镟修周期内抗蛇行减振器特性参数对车轮型面磨耗的影响。结果表明抗蛇行减振器的附加刚度、节点刚度及二者之间的交互作用对车轮型面磨耗影响最大。当小等效锥度的车轮型面匹配小附加刚度、适中结构阻尼和节点刚度的抗蛇行减振器时可有效降低车轮型面磨耗，保证车辆安全平稳运行。　　（4）建立了车轮型面多目标优化模型，采用圆弧参数描述车轮型面，利用最优拉丁超立方设计试验设计样本，选用径向基神经网络构造近似模型，使用NSGA-II算法寻优，得到优化型面和匹配的抗蛇行减振器阻尼特性参数，并从轮轨型面匹配、车辆动力学性能和车轮型面磨耗预测三方面检验优化结果。结果表明：优化后的车轮型面会出现低轮缘磨耗，部分动力学性能指标小幅下降，但可在车轮镟修全周期内提高车轮型面的耐磨性，并能保证车辆安全平稳运行。
作者：	冉祥瑞
专业：	交通运输工程
导师：	林凤涛;张海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2022