跨座式单轨车辆动力学性能仿真分析
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摘要
跨座式单轨车辆运行时受线路约束产生相应的动态位移和力的变化,运行时一方面车辆与线路之间耦合、相互作用,另一方面还有车辆之间的相互耦合作用,这些复杂的耦合关系产生了动力作用。因此需要对跨座式单轨车辆进行动力学分析,并据此分析车辆的关键结构和参数。
本文阐述了国内外跨座式单轨车辆的动力学研究状况,并对跨座式单轨车辆的特殊结构进行了描述,并与一般的铁路车辆进行了运行性能的比较;在多体系统动力学的基础上,运用多体动力学仿真软件建立了整车的动力学仿真模型;通过动力学性能仿真,分析了车辆的曲线通过能力和车辆的稳定性、平稳性以及正常行驶工况下二系悬挂的受力情况,为车辆的疲劳和结构强度计算提供了输入力的参数;运用相关标准对重庆跨座式单轨车辆平稳性进行了评价;分析了转向架上空气弹簧、横向减振器,牵引橡胶堆的刚度阻尼系数,导向轮和稳定轮的预压力值对整车动力学性能的影响,得出二系悬挂参数对车辆动力学性能影响的规律曲线。
分析和计算结果表明跨座式单轨车辆动力学性能较好。本文的研究为跨座式单轨车辆的深入研究打下了基础。
Straddle-type monorail vehicle may generate corresponding dynamic displacement and force change, beacuase its running is constrained by the line. During the running, there is the complicated coupling relations between vehicle and line.On the other hand,there is also the relationship which generate dynamical effects among the vehicles. Therefore, it need to make a dynamical analysis on straddle-type monorail vehicle ,and then analyzing the crucial structure and parameters according to the result of the analysis .
This paper expounds the situation about dynamics research of straddle-type monorail vehicles from home and abroad. It also describes the special structure of straddle-type monorail vehicles. What’s more ,the paper makes a compare between straddle-type monorail car and the common railway vehicle on their running performance. On the base of multibody dynamics, establishing simulation model of straddle-type monorail vehicle by using multi body dynamics software. Through dynamic simulation, the paper analyzes curve negotiation ability,stability and stationarity,what’s more, it force situation resulted from normal driving of secondary suspension, which provides parameters of input power for calculating fatigue and structure strength of vehicles. The stationarity of ChongQing straddle-type monorail vehicle has been evaluated by using relative standards. This paper analyzes stiffness damping coefficient of air springs,lateral shock absorber,traction rubber heap on bogie, researches effects on dynamics performance of whole vehicle resulted from prestress of drive wheels and stable wheels, and gets disciplinary curve about dynamics performance influenced by secondary suspension parameters.
The results of analyzing and calculating shows that straddle-type monorail vehicle has a well dynamic performance. The last but the least,the paper has laid a foundation for deep study on straddle-type monorail vehicle.
本文阐述了国内外跨座式单轨车辆的动力学研究状况,并对跨座式单轨车辆的特殊结构进行了描述,并与一般的铁路车辆进行了运行性能的比较;在多体系统动力学的基础上,运用多体动力学仿真软件建立了整车的动力学仿真模型;通过动力学性能仿真,分析了车辆的曲线通过能力和车辆的稳定性、平稳性以及正常行驶工况下二系悬挂的受力情况,为车辆的疲劳和结构强度计算提供了输入力的参数;运用相关标准对重庆跨座式单轨车辆平稳性进行了评价;分析了转向架上空气弹簧、横向减振器,牵引橡胶堆的刚度阻尼系数,导向轮和稳定轮的预压力值对整车动力学性能的影响,得出二系悬挂参数对车辆动力学性能影响的规律曲线。
分析和计算结果表明跨座式单轨车辆动力学性能较好。本文的研究为跨座式单轨车辆的深入研究打下了基础。
Straddle-type monorail vehicle may generate corresponding dynamic displacement and force change, beacuase its running is constrained by the line. During the running, there is the complicated coupling relations between vehicle and line.On the other hand,there is also the relationship which generate dynamical effects among the vehicles. Therefore, it need to make a dynamical analysis on straddle-type monorail vehicle ,and then analyzing the crucial structure and parameters according to the result of the analysis .
This paper expounds the situation about dynamics research of straddle-type monorail vehicles from home and abroad. It also describes the special structure of straddle-type monorail vehicles. What’s more ,the paper makes a compare between straddle-type monorail car and the common railway vehicle on their running performance. On the base of multibody dynamics, establishing simulation model of straddle-type monorail vehicle by using multi body dynamics software. Through dynamic simulation, the paper analyzes curve negotiation ability,stability and stationarity,what’s more, it force situation resulted from normal driving of secondary suspension, which provides parameters of input power for calculating fatigue and structure strength of vehicles. The stationarity of ChongQing straddle-type monorail vehicle has been evaluated by using relative standards. This paper analyzes stiffness damping coefficient of air springs,lateral shock absorber,traction rubber heap on bogie, researches effects on dynamics performance of whole vehicle resulted from prestress of drive wheels and stable wheels, and gets disciplinary curve about dynamics performance influenced by secondary suspension parameters.
The results of analyzing and calculating shows that straddle-type monorail vehicle has a well dynamic performance. The last but the least,the paper has laid a foundation for deep study on straddle-type monorail vehicle.
引文
[1]王省茜.跨座式单轨铁路的特点及其应用前景[J].中国铁道科学.2004,25(1).
[2]邢佶慧,宋月箫,杨庆山.跨座式单轨交通系统动力学问题研究[J].科学技术与工程.2007,11(6).
[3]程庆国,许慰平.大跨度铁路斜拉桥列车走行性探讨.全国桥梁结构学术大会论文集.武汉,1992;41—51.
[4]李小珍,蔡婧,强士中.京沪高速铁路南京长江大桥列车走行性分析.工程力学.2003;20(6).
[5]郭向荣,曾庆元.高速铁路结合梁桥与列车系统振动分析模型.华中理工大学学报,2000;28(3):60—62.
[6]王刚,曹雪芹.高速铁路大跨度斜拉桥车桥动力分析.上海铁道大学学报,2000;21(8):7—11.
[7]Kenjiro Goda,Takaomi Nishigaito. A Curving Simulation for a Monorail Car[A].Railroad Conference[C],2000.Proceedings of the 2000 ASME/IEEE Joint.171-177.
[8]任利惠,周劲松,沈钢.基于特征根的跨坐式独轨车辆的稳定性分析[J].同济大学学报(自然科学版),2003,31(4):469-472.
[9]杨威,朱尔玉,张波,闻之琦.风荷载作用下跨座式单轨交通系统导向轮受力和变形分析.北方交通大学学报.2002,26(4).
[10]沈钢.面向对象的机车车辆动力学仿真建模研究[J].铁道学报,1998,20(2):50-54.
[11]刘建林.新型单轨车转向架的研究.电力机车技术,2001,24(3):41-44.
[12]张振淼.城市轨道交通车辆结构与设计.上海:上海科学技术出版社,2002.315-318.
[13]闫雪燕,日本跨座式单轨车辆简介[J],都市快轨交通,1994,(03).
[14]仲建华.重庆“较-新”线跨座式单轨车辆技术特征[J].现代城市轨道交通,2004,(01).
[15]漆尔富.跨座式单轨车辆的选型及国产化方案探讨[J].铁道车辆,1999,(10).
[16]李明.城市轻轨车辆选型及动力学性能研究.西南交通大学硕士学位论文.2004.
[17]周君锋.重庆跨座式单轨列车运行平稳性研究.北京交通大学硕士学位论文.2007.
[18]罗世辉.大连低地板有轨电车的动力学性能.机车电传动,2001,3:28-31.
[19]罗世辉.轨道车辆独立车轮的动力学分析.铁道学报,199,21(5):15-19.
[20]任尊松.减轻独立轮轮对系统轮轨磨耗方法的探讨.北方交通大学学报,2003,27(l):16-20.
[21]EisakuSatho等.独立轮转向架的动力学.国外铁道车辆.1995,(l):39-43.
[22]叶志森等.独立轮踏面外形的设计.铁道车辆.2003,41(l):19-21.
[23]佐藤.独立车轮用踏面形状的研制.国外铁道车辆.2002,39(2):36-38.
[24]任尊松.系统参数对独立轮对轻轨车辆动力学性能的影响.电力机车与城轨车辆.2003,26(4):22一24
[25]李创等.独立车轮转向车辆曲线通过性能分析.北方交通大学学报,2003,27(5):86-89.
[26]黄运华.独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究.中国铁道科学.2001,22(6):7-12.
[27]郑伟生.轻轨、地铁车轮选型的研究.国外铁道车辆.2000,37(2):17-22.
[28]鲍维千.轻轨车辆的车体及转向架.城市轨道交通研究.1998,(3):35-38.
[29]张定贤.几种低地板面轻轨车走行部分.电力机车技术.1999,2:43-46.
[30]李明.城市轻轨车辆选型及动力学性能研究.西南交通大学硕士学位论文.2004.
[31]周君锋.重庆跨座式单轨列车运行平稳性研究.北京交通大学硕士学位论文.2007.
[32]赵春发.磁浮车辆系统动力学研究.西南交通大学博士论文.2002.
[33]赵春发,翟婉明.低速磁浮车辆导向方式及其横向动态特性.中国铁道科学.2005,26(6).
[34]刘绍勇.重庆跨坐式单轨转向架的研制.铁道车辆.2003.41(9).18-19.
[35]王福天.车辆系统动力学.北京.中国铁道出版社.1994.
[36]陈立平,张云清等编著.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].清华大学出版社.2005.1.
[37]R.Schwertasek,R.E.Roberson.Dynamics of Multibody System.Berlin:Springer- Verlag 1986
[38]R.R.Ryan. SDIO/NASA Workshop on Multibody Dynamic. California.1987
[39]W.Kortum. Review of Multibody Computer Codes for Vehicle System Dynamics. Vehicle System Dynamics. 1993.Volumn22.
[40]缪炳荣,方向华,傅秀通.SIMPACK动力学分析基础教程[M].西南交通大学出版社,2008.
[41]喻凡,林逸编.汽车系统动力学.北京:机械工业出版社.2005
[42]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,1998.
[43]王明容,宋永增,甄子健等.汽车平顺性建模与仿真分析[J].汽车技术.2005(4):07-10.
[44]沈利人.铁道车辆系统动力学[M].西南交通大学出版社,1998.
[45]Kadhim,R.J.,Vlahakavis,P.Speeifieation of rolling stock power capacity.IEE Conferenece Publieation,n453,1998:14-17.
[46]Cardin,E.(FS);Casini,C.;Cavagnaro,.M.;piro,G.FS rolling stock for high- speed service in the nineties.Rail itemational,n 10,Oet,1988:17-27.
[47]洪嘉振.计算机多体系统动力学.北京:高等教育出版社,1999.31-38.
[48]任利惠,周劲松,沈钢.跨坐式独轨车辆动力学模型及仿真[J].中国铁道科学.2004,25(5). [49」中华人民共和国国家标准局.GB/T5599一1985.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范.北京:中国标准出版社,1985.l.1.
[50]中华人民共和国国家标准局.TB/T2360一1993.铁道车辆机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准.北京:中国标准出版社,1993. [51」ISO26311国际标准组织标准-振动和冲击对人的影响评价准则. [52」刘宏友,曾京.列车系统运行平稳性研究.中国铁道科学,2004,25(5):20-25. [53」铃木浩明.列车舒适度的评价[J].国外铁道车辆,1999,36(2):26-32.
[54]马继兵等.跨座式单轨交通系统车辆的乘坐舒适性能测试与评定.都市快轨交通.2006.19(6).46-50
[55]刘转华等.列车乘坐舒适性与平稳性测试及评价.中国测试技术.2004.2.30-40.
[56]邓本波.汽车振动乘坐舒适性的评价方法研究.合肥工业大学硕士学位论文.2005.
[57]邓江.公路汽车行驶平顺性系统动力学建模与仿真.上海交通大学硕士学位论文.2001.
[58]FritzFrederich(德) .改善铁道车辆的舒适性.国外铁道车辆.钟连泉.200340(4):8-15.
[59]陈康,金鼎昌.高速动力车的平稳性分析.西南交通大学学报,1995.30(1):58-62.
[60]万里翔,许明恒.铁道车辆运行平稳性评价方法的研究.铁道机车车辆,2001. (1):8-12.
[61]于学华.汽车平顺性技术理论与实践的研究.东北林业大学博士学位论.2002.
[62]俞展酞.铁道车辆舒适性评价方法的发展与研究现状.铁道车辆,2004,3(1):1-6.
[63]田杰,许克宾.列车运行安全性、平稳性的控制因素及评估准则.中国安全科学学报,2001,6(3):34-38.
[64]杨颜志.铁道车辆舒适性虚拟试验.中南大学硕士学位论文.2007.
[65]王新明等.高速公路路面功率谱.交通运输工程学报.2003.3(2).54-55.
[2]邢佶慧,宋月箫,杨庆山.跨座式单轨交通系统动力学问题研究[J].科学技术与工程.2007,11(6).
[3]程庆国,许慰平.大跨度铁路斜拉桥列车走行性探讨.全国桥梁结构学术大会论文集.武汉,1992;41—51.
[4]李小珍,蔡婧,强士中.京沪高速铁路南京长江大桥列车走行性分析.工程力学.2003;20(6).
[5]郭向荣,曾庆元.高速铁路结合梁桥与列车系统振动分析模型.华中理工大学学报,2000;28(3):60—62.
[6]王刚,曹雪芹.高速铁路大跨度斜拉桥车桥动力分析.上海铁道大学学报,2000;21(8):7—11.
[7]Kenjiro Goda,Takaomi Nishigaito. A Curving Simulation for a Monorail Car[A].Railroad Conference[C],2000.Proceedings of the 2000 ASME/IEEE Joint.171-177.
[8]任利惠,周劲松,沈钢.基于特征根的跨坐式独轨车辆的稳定性分析[J].同济大学学报(自然科学版),2003,31(4):469-472.
[9]杨威,朱尔玉,张波,闻之琦.风荷载作用下跨座式单轨交通系统导向轮受力和变形分析.北方交通大学学报.2002,26(4).
[10]沈钢.面向对象的机车车辆动力学仿真建模研究[J].铁道学报,1998,20(2):50-54.
[11]刘建林.新型单轨车转向架的研究.电力机车技术,2001,24(3):41-44.
[12]张振淼.城市轨道交通车辆结构与设计.上海:上海科学技术出版社,2002.315-318.
[13]闫雪燕,日本跨座式单轨车辆简介[J],都市快轨交通,1994,(03).
[14]仲建华.重庆“较-新”线跨座式单轨车辆技术特征[J].现代城市轨道交通,2004,(01).
[15]漆尔富.跨座式单轨车辆的选型及国产化方案探讨[J].铁道车辆,1999,(10).
[16]李明.城市轻轨车辆选型及动力学性能研究.西南交通大学硕士学位论文.2004.
[17]周君锋.重庆跨座式单轨列车运行平稳性研究.北京交通大学硕士学位论文.2007.
[18]罗世辉.大连低地板有轨电车的动力学性能.机车电传动,2001,3:28-31.
[19]罗世辉.轨道车辆独立车轮的动力学分析.铁道学报,199,21(5):15-19.
[20]任尊松.减轻独立轮轮对系统轮轨磨耗方法的探讨.北方交通大学学报,2003,27(l):16-20.
[21]EisakuSatho等.独立轮转向架的动力学.国外铁道车辆.1995,(l):39-43.
[22]叶志森等.独立轮踏面外形的设计.铁道车辆.2003,41(l):19-21.
[23]佐藤.独立车轮用踏面形状的研制.国外铁道车辆.2002,39(2):36-38.
[24]任尊松.系统参数对独立轮对轻轨车辆动力学性能的影响.电力机车与城轨车辆.2003,26(4):22一24
[25]李创等.独立车轮转向车辆曲线通过性能分析.北方交通大学学报,2003,27(5):86-89.
[26]黄运华.独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究.中国铁道科学.2001,22(6):7-12.
[27]郑伟生.轻轨、地铁车轮选型的研究.国外铁道车辆.2000,37(2):17-22.
[28]鲍维千.轻轨车辆的车体及转向架.城市轨道交通研究.1998,(3):35-38.
[29]张定贤.几种低地板面轻轨车走行部分.电力机车技术.1999,2:43-46.
[30]李明.城市轻轨车辆选型及动力学性能研究.西南交通大学硕士学位论文.2004.
[31]周君锋.重庆跨座式单轨列车运行平稳性研究.北京交通大学硕士学位论文.2007.
[32]赵春发.磁浮车辆系统动力学研究.西南交通大学博士论文.2002.
[33]赵春发,翟婉明.低速磁浮车辆导向方式及其横向动态特性.中国铁道科学.2005,26(6).
[34]刘绍勇.重庆跨坐式单轨转向架的研制.铁道车辆.2003.41(9).18-19.
[35]王福天.车辆系统动力学.北京.中国铁道出版社.1994.
[36]陈立平,张云清等编著.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].清华大学出版社.2005.1.
[37]R.Schwertasek,R.E.Roberson.Dynamics of Multibody System.Berlin:Springer- Verlag 1986
[38]R.R.Ryan. SDIO/NASA Workshop on Multibody Dynamic. California.1987
[39]W.Kortum. Review of Multibody Computer Codes for Vehicle System Dynamics. Vehicle System Dynamics. 1993.Volumn22.
[40]缪炳荣,方向华,傅秀通.SIMPACK动力学分析基础教程[M].西南交通大学出版社,2008.
[41]喻凡,林逸编.汽车系统动力学.北京:机械工业出版社.2005
[42]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,1998.
[43]王明容,宋永增,甄子健等.汽车平顺性建模与仿真分析[J].汽车技术.2005(4):07-10.
[44]沈利人.铁道车辆系统动力学[M].西南交通大学出版社,1998.
[45]Kadhim,R.J.,Vlahakavis,P.Speeifieation of rolling stock power capacity.IEE Conferenece Publieation,n453,1998:14-17.
[46]Cardin,E.(FS);Casini,C.;Cavagnaro,.M.;piro,G.FS rolling stock for high- speed service in the nineties.Rail itemational,n 10,Oet,1988:17-27.
[47]洪嘉振.计算机多体系统动力学.北京:高等教育出版社,1999.31-38.
[48]任利惠,周劲松,沈钢.跨坐式独轨车辆动力学模型及仿真[J].中国铁道科学.2004,25(5). [49」中华人民共和国国家标准局.GB/T5599一1985.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范.北京:中国标准出版社,1985.l.1.
[50]中华人民共和国国家标准局.TB/T2360一1993.铁道车辆机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准.北京:中国标准出版社,1993. [51」ISO26311国际标准组织标准-振动和冲击对人的影响评价准则. [52」刘宏友,曾京.列车系统运行平稳性研究.中国铁道科学,2004,25(5):20-25. [53」铃木浩明.列车舒适度的评价[J].国外铁道车辆,1999,36(2):26-32.
[54]马继兵等.跨座式单轨交通系统车辆的乘坐舒适性能测试与评定.都市快轨交通.2006.19(6).46-50
[55]刘转华等.列车乘坐舒适性与平稳性测试及评价.中国测试技术.2004.2.30-40.
[56]邓本波.汽车振动乘坐舒适性的评价方法研究.合肥工业大学硕士学位论文.2005.
[57]邓江.公路汽车行驶平顺性系统动力学建模与仿真.上海交通大学硕士学位论文.2001.
[58]FritzFrederich(德) .改善铁道车辆的舒适性.国外铁道车辆.钟连泉.200340(4):8-15.
[59]陈康,金鼎昌.高速动力车的平稳性分析.西南交通大学学报,1995.30(1):58-62.
[60]万里翔,许明恒.铁道车辆运行平稳性评价方法的研究.铁道机车车辆,2001. (1):8-12.
[61]于学华.汽车平顺性技术理论与实践的研究.东北林业大学博士学位论.2002.
[62]俞展酞.铁道车辆舒适性评价方法的发展与研究现状.铁道车辆,2004,3(1):1-6.
[63]田杰,许克宾.列车运行安全性、平稳性的控制因素及评估准则.中国安全科学学报,2001,6(3):34-38.
[64]杨颜志.铁道车辆舒适性虚拟试验.中南大学硕士学位论文.2007.
[65]王新明等.高速公路路面功率谱.交通运输工程学报.2003.3(2).54-55.