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原文传递采用独立旋转车轮列车的导向性能研究

论文题名：	采用独立旋转车轮列车的导向性能研究
关键词：	城市轨道交通;独立旋转车轮;导向性能;动力学仿真
摘要：	具有乘坐便利性和良好的动力学性能是对铁道车辆的基本要求。随着城市轨道交通的发展，采用独立旋转车轮有效降低轨道车辆的地板高度已成为一种趋势，无需高站台设计，方便乘客上下车，并能消除传统刚性轮对转向架的蛇行失稳现象;在铁路高速客运方面，采用独立旋转车轮降低轨道车辆的地板高度则为发展双层高速列车创造了有利条件，使得同样的高速度和同样的列车断面下，双层高速列车的经济性将得到显著提升，且消除了高速蛇行失稳的风险。由此可见，无论是在城市轨道交通领域还是在高速铁路领域，独立旋转车轮都具有巨大的发展潜力。但由于独立旋转车轮理论上不存在纵向蠕滑力及其产生的回转力矩，因此在消除了传统轮对蛇行现象的同时，其沿轨道自动对中的能力也不复存在，曲线导向能力大大降低。要使独立旋转车轮技术得到广泛运用，必须提高其导向能力。　　本论文对传统轮对和独立旋转车轮的导向原理进行了阐述，并针对独立旋转车轮在高速铁路领域的运用，以西班牙Talgo轻型铰接式列车为对象，从导向原理、结构措施、仿真分析等方面开展了独立车轮的导向研究。该型列车是目前独立旋转车轮运用最成功的列车之一，其导向原理是通过对独立轮加装迫导向机构，利用车体之间的转角迫使轮组处于曲线轨道的径向位置，从而解决了独立轮对的导向问题。Talgo列车所采用的三点拖动的车辆连接方式，使车体在曲线上能够在前车的带动下自动倾摆，减小了乘客所承受的未平衡离心加速度，在提高曲线通过速度的同时仍能保证较好的舒适性。　　本文以Talgo BT列车作为研究对象，对其导向机构、车体铰接方式、车体承重方式及自然倾摆系统的原理进行了深入分析，通过理论计算分别得到中间拖车径向迫导向机构和端部导向机构的理想导向增益，并在多体动力学软件SIMPACK中建立起相应的模型，进行了动力学仿真。研究得到的相关结论如下: 　　在直线上运行时，独立轮组由于装配误差或轨道不平顺，原理上无法对中，最终会以一定冲角贴靠轮缘运行，径向导向机构能够有效降低其冲角;但是径向导向机构对独立轮组横移对中能力没有效果，初始横向位移仅有可能在重力刚度的效应下很缓慢地衰减，也不会发生震荡;由于独立车轮踏面的设计原则是保证稳定运行，曲线通过性能不象传统轮对那样依赖左右轮轮径差，因此通常所取的锥度都比较小，重力刚度效应很弱，因此实际上是趋向于轮组偏向一侧轨道前进;列车具有良好的平稳性，各车体的垂向平稳性和横向平稳性均达到优级。　　在曲线上运行时，列车的轮轨安全性指标如脱轨系数、轮重减载率及车轴横向力均满足国家标准，具有较高的抗脱轨稳定性;径向迫导向机构能够将通过曲线过程中的最大冲角减至0.25°，使独立轮对趋于径向位置;由于冲角的减小，能够减少磨耗50-70％，增大独立轮的使用寿命;冲角的减小极大地改善了列车的曲线通过性能。　　导向参数是影响列车迫导向机构性能的重要指标。导向参数包括导向机构增益、导向机构的刚度和导向机械的间隙三个指标。本论文第四章以端部导向机构为研究对象，首先利用等效法将机构的弹性元件和安装间隙换算成一个节点的导向刚度和导向间隙，然后对三个导向参数分别进行仿真分析，得到如下结论: 　　实际导向增益应该比理想导向增益0.9略大，以抵消一部分间隙和弹性变形所导致的欠导向;端部迫导向机构的导向刚度应设置在6MN/m左右;端部迫导向机构的导向间隙对车辆导向性能影响明显，理论上希望间隙越小越好，在车辆运营一段时间后，间隙增大会导致磨耗明显增大，需要定期进行维护保养。
作者：	刘晓宇
专业：	载运工具运用工程
导师：	罗世辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文