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齿轨车辆-轨道耦合动力学模型及其动力学特性
| 论文题名： | 齿轨车辆-轨道耦合动力学模型及其动力学特性 |
| 关键词： | 齿轨铁路;车辆-轨道耦合动力学模型;动态特性;线路坡度;轨道不平顺性 |
| 摘要： | 近年来，我国各大旅游景区针对山区大坡度复杂地形引入齿轨铁路并对其做出了大规模规划和建设。齿轮-齿条传动系统虽极大地提升了车辆的爬坡能力，但齿轮-齿轨啮合运行时会产生极大的冲击和振动，严重影响齿轨车辆的运行性能。为掌握齿轨车辆的基本动态特性规律，本文基于车辆-轨道耦合动力学和齿轮动力学理论建立了齿轨车辆-轨道耦合动力学模型，分析了齿轨车辆的基本动态特性规律，研究了线路坡度和齿轨铁路不平顺对齿轨车辆动态特性的影响，并做出了相关优化建议。具体工作如下： 首先，参照Strub齿轨系统结构，基于车辆-轨道耦合动力学和齿轮动力学理论，建立了齿轨车辆-轨道耦合动力学模型。其中，车辆模型考虑为48自由度的多刚体系统；轨道模型中钢轨、齿轨均采用Timoshenko梁模型；接触模型中钢轮-钢轨为空间动态耦合模型，齿轮-齿轨系统为考虑摩擦、弹性耦合及粘性耦合的弯-扭耦合模型。并通过齿轨试验线路试验，验证了齿轨车辆-轨道耦合动力学模型的有效性及准确性。 接着，根据齿轨车辆三种不同电机布置模式的结构特点，基于本文建立的齿轨车辆-轨道耦合动力学模型，研究了齿轨车辆的基本动态特性。结果表明，平直段齿轮垂向加速度振动主频在44.3 Hz-52.2 Hz之间；爬坡段齿轮垂向振动频率主要为35.6 Hz，36.7 Hz和88.3 Hz的中频振动。 然后，基于齿轨车辆-轨道耦合动力学模型，分别对0‰-300‰坡度下齿轨车辆各重要组成部分的随机振动规律、参振频率进行了对比分析，研究了不同线路坡度对齿轨车辆动态特性的影响。结果表明，坡度变化对车体、转向架及轮轨的随机振动影响较小，对齿轮系统的振动和啮合特性影响较大。 最后，研究了轨道随机不平顺激励下齿轨车辆的动态响应机理，并深入分析了轨道不平顺对齿轮-齿轨系统的不利影响。结果表明，轨道随机不平顺对齿轨车辆和齿轮-齿轨啮合系统的振动特性有很大影响；齿轮-齿轨系统的振动特性和啮合特性主要受不平顺类型II的影响，建议通过减小不平顺类型II来提高齿轮-齿轨系统的稳定性。 |
| 作者： | 李世辉 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 陈兆玮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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