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单轮对动力转向架的设计研究

作　者: 周维江
导　师: 王伯铭
学　校: 西南交通大学
专　业: 城市轨道交通技术与装备
关键词: 单轴动力转向架结构方案设计平衡拉杆动力学分析
分类号: U270.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 313次
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内容摘要

城市轨道交通凭借其运输能力大、高速准时、节约能源和空间、高安全性和环保性能受到了世界各大城市的青睐。构筑以轨道交通系统(地铁、轻轨、高架独轨交通等)为骨干的现代化综合交通体系将是解决城市发展面临的交通问题的基本途径。城市轨道交通车辆作为城市轨道交通体系的直接运输工具,其必须符合各城市相应的特殊环境。而转向架是车辆系统的主要组成部分之一,它传递各种载荷,并利用轮轨间的黏着保持牵引力的产生。转向架结构性能的好坏,直接影响车辆的牵引性能、运行品质、轮轨的磨耗和列车的安全。单轴动力转向架由一个常规铁道车辆轮对、构架、驱动装置、基础制动装置和悬挂元件等构成。其结构上主要区别于常规转向架的就是单独一个轮对,且需要平衡装置来抑制构架的点头。本文通过认真分析单轴转向架的发展及运用现状,结合现代城市轨道交通车辆技术和高速动车组技术,设计了单轴动力转向架方案。仔细分析了单轴动力转向架在牵引或制动工况下的平衡杆装置受力情况,初步摸清了平衡杆装置的设计规律,得出了合理的平衡杆装置的设计参数。运用铁道机车车辆动力学理论,本文建立了单轴动力转向架的动力学数学模型,并且运用SIMPACK软件建立了包含单轴转向架和常规两轴转向架的车组模型,进行了动力学计算,得到了合理的单轴转向架悬挂参数。应用优化后的参数对车组性能进行了预测分析,得出了以下结论:1单轴转向架蛇行稳定性不如常规两轴转向架,但通过添加抗蛇行减振器和横向减振器可以提高其稳定性,并且达到最高230km/h的临界速度。2单轴转向架曲线通过性能非常好,其稳态下的各项性能指标均大大优于常规两轴转向架,并且能够在半径大于300m的曲线上实现蠕滑力导向。和常规两轴转向架一样,单轴转向架曲线通过与横向稳定性之间也存在着矛盾,表现为有关横向稳定性的悬挂参数调整时,转向架在曲线上达到稳态的过程不一样,而最终稳态性能一样。3单轴转向架的平稳性比较差,这主要是由于其所受激扰比常规两轴转向架大,构架承受轮对的全部激扰并传递给车体,而两轴转向架只传递一半,同时可能利用另一轮对相互抵消得更小。总的来说,单轴转向架在城市轨道交通线路上的横向稳定性和平稳性均符合相关规定,其良好的曲线通过性能更是适合曲线多且半径小的城市轨道交通线路,是一种很有发展前景的新型转向架。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-13
第一章绪论  13-27
  1.1 论文选题背景  13-14
  1.2 几种非常规转向架  14-25
    1.2.1 单轮对转向架  15-23
    1.2.2 独立旋转车轮转向架  23-24
    1.2.3 单轨跨骑式转向架  24-25
  1.3 论文的主要工作  25-27
第二章单轴动力转向架方案设计  27-50
  2.1 轮对轴箱装置  27-28
  2.2 基础制动装置  28-32
    2.2.1 制动过程  30-31
    2.2.2 缓解过程  31
    2.2.3 停放制动过程  31-32
  2.3 驱动装置  32-36
  2.4 平衡装置设计  36-48
    2.4.1 两种平衡装置的结构及其原理  36-38
    2.4.2 平衡杆和牵引杆配合工作时的单轴转向架车辆力学模型  38-42
    2.4.3 平衡杆刚度的确定  42-44
    2.4.4 平衡杆安装参数的选择  44-45
    2.4.5 牵引杆高度的确定  45-46
    2.4.6 二系只有一组弹簧的情况  46-47
    2.4.7 平衡杆计算小结  47-48
  2.6 本章小节  48-50
第三章单轴转向架动力学模型  50-69
  3.1 单轴转向架动力学模型概述  50-52
  3.2 轮对基本方程  52-61
    3.2.1 轮对基本坐标系之间的转换  53-54
    3.2.2 轮对沿半径任意变化曲线运动方程  54-58
    3.2.3 方程组中各力的计算  58-61
  3.3 单轴动力转向架动力学方程  61-65
    3.3.1 轮对运动方程  61-62
    3.3.2 构架运动方程  62-64
    3.3.3 车体运动方程  64-65
  3.4 车辆动力学计算内容  65-69
    3.4.1 车辆运行稳定性  65-66
    3.4.2 车辆运行平稳性  66-67
    3.4.3 动态曲线通过性能  67-69
第四章单轴转向架的动力学性能分析  69-101
  4.1 动力学性能评定标准  69-72
    4.1.1 垂向及横向平稳性指标  70
    4.1.2 轮轨脱轨系数Q/P  70-71
    4.1.3 轮重减载率  71-72
    4.1.4 通过曲线时的磨耗性能  72
  4.2 SIMPACK环境下的动力学仿真  72-76
  4.3 悬挂参数对动力学性能的影响  76-93
    4.3.1 悬挂参数对稳定性的影响  77-82
    4.3.2 悬挂参数对平稳性的影响  82-85
    4.3.3 悬挂参数对曲线通过性能的影响  85-93
  4.4 悬挂参数的优化结果  93-94
  4.5 车组动力性能预测  94-100
    4.5.1 稳定性预测  94
    4.5.2 平稳性预测  94-96
    4.5.3 曲线通过性能预测  96-100
  4.6 本章小结  100-101
结论  101-103
致谢  103-104
参考文献  104-106
附录1 单轴动力转向架动力学计算原始参数  106-108
攻读硕士学位期间发表的论文  108

单轮对动力转向架的设计研究

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