跨座式单轨车辆动力学仿真分析与优化
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摘要
跨座式单轨车辆的结构和运行机理完全不同于钢轮钢轨式车辆,对其动力学性能的研究有着重要的意义。本文以多体动力学理论为基础,建立单轨车辆的多自由度仿真模型,对车辆的各项动力学性能进行系统地分析研究,研究内容和结论如下所述:
○1在深入分析跨座式单轨车辆的结构特征之后,利用多体动力学软件建立单节车的仿真模型,其中包括车体子模型,转向架子模型和轨道子模型。验证单节车模型的准确性,接着建立四节车(列车)的仿真模型。
○2让车辆以正常运行速度通过小曲率半径轨道,得出各个元件的受力情况,分析车辆的导向机能和运行稳定性能,同时对比单节车车和列车差异,结果表明车辆有着良好的曲线通过性和运行稳定性。
○3建立多种轨道形式,仿真车辆在不同车速、不同轨道半径下稳定轮和导向轮所受的径向力,拟合出其径向力受力公式,为理论研究作下铺垫。
○4建立水平面轨道不平度路谱,编程计算车体质心处的加权加速度均方根值,得出车辆运行的平稳性指标,对比试验结果,两者同时表明跨座式单轨车辆有着良好的平稳性和乘坐舒适性。
○5以稳定性为约束条件,平稳性为优化指标,对参变量—空气弹簧和减振器的刚度和阻尼进行参数优化,提高车辆运行的动力学性能。
The structure and operation mechanism of straddle-type monorail vehicle are completely different from those of the steel wheel vehicles. So it is of great significance to research the dynamical performance. The paper establishes multi degree of freedom simulated model based on the multi-body dynamics theory. To analysis every dynamical performance of monorail vehicle, the researching content and conclusions as follows:
○1 After analysis the structural features of monorail vehicles, a single vehicle model is built by multi dynamics software. Then the whole monorail vehicle is built after validating the validity of the single vehicle.
○2 The paper make the vehicle through the track of small radius with normal speed. After that the force situation of every element is obtained. The steering performance and running stability of the vehicle are analyzed. The single one and the whole monorail vehicle are compared at the same time. The results indicate that the monorail is of nicer curve negotiation performance and stability.
○3 Many types of track are built. The vehicle is simulated under different speed and radius. Then the radial force of the steering wheel and stabilizing wheel are got. and the function are fitted.
○4 The road irregularities are built. The ride quality is obtained by calculating the acceleration RMS of the mass center of the vehicle through program. Comparing the test results, they both indicate that the monorail vehicle is of good stability and ride quality.
○5 The variable such as stiffness and damp of air-spring and absorber are optimized with stability as constrains and ride quality as aim. The optimization can improve the dynamics performance of monorail vehicles.
○1在深入分析跨座式单轨车辆的结构特征之后,利用多体动力学软件建立单节车的仿真模型,其中包括车体子模型,转向架子模型和轨道子模型。验证单节车模型的准确性,接着建立四节车(列车)的仿真模型。
○2让车辆以正常运行速度通过小曲率半径轨道,得出各个元件的受力情况,分析车辆的导向机能和运行稳定性能,同时对比单节车车和列车差异,结果表明车辆有着良好的曲线通过性和运行稳定性。
○3建立多种轨道形式,仿真车辆在不同车速、不同轨道半径下稳定轮和导向轮所受的径向力,拟合出其径向力受力公式,为理论研究作下铺垫。
○4建立水平面轨道不平度路谱,编程计算车体质心处的加权加速度均方根值,得出车辆运行的平稳性指标,对比试验结果,两者同时表明跨座式单轨车辆有着良好的平稳性和乘坐舒适性。
○5以稳定性为约束条件,平稳性为优化指标,对参变量—空气弹簧和减振器的刚度和阻尼进行参数优化,提高车辆运行的动力学性能。
The structure and operation mechanism of straddle-type monorail vehicle are completely different from those of the steel wheel vehicles. So it is of great significance to research the dynamical performance. The paper establishes multi degree of freedom simulated model based on the multi-body dynamics theory. To analysis every dynamical performance of monorail vehicle, the researching content and conclusions as follows:
○1 After analysis the structural features of monorail vehicles, a single vehicle model is built by multi dynamics software. Then the whole monorail vehicle is built after validating the validity of the single vehicle.
○2 The paper make the vehicle through the track of small radius with normal speed. After that the force situation of every element is obtained. The steering performance and running stability of the vehicle are analyzed. The single one and the whole monorail vehicle are compared at the same time. The results indicate that the monorail is of nicer curve negotiation performance and stability.
○3 Many types of track are built. The vehicle is simulated under different speed and radius. Then the radial force of the steering wheel and stabilizing wheel are got. and the function are fitted.
○4 The road irregularities are built. The ride quality is obtained by calculating the acceleration RMS of the mass center of the vehicle through program. Comparing the test results, they both indicate that the monorail vehicle is of good stability and ride quality.
○5 The variable such as stiffness and damp of air-spring and absorber are optimized with stability as constrains and ride quality as aim. The optimization can improve the dynamics performance of monorail vehicles.
引文
[1]王省茜.跨座式单轨铁路的特点及其应用前景.中国铁道科学.2004.25.
[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科学技术与工程.2007.11.
[3]Lei X, Noda NA. Analyses of dynamic response of vehicle and track coupling system with random irregularity of track vertical profile Journal of Sound and Vibration. 2002.258(1):147-65
[4]Goda K, Nishigaito T, HIraishi M. et al Acurving simulation for a monorail car. Railroad Conference Proceedings of the 2002 ASME/IEEE Joint.2000.
[5]Lee Chang Hun, Kim Chul Woo, Kawatani M, et al Dynamic response analysis of monorail bridges under moving trains and riding comfort of trains. Engineering Structures. 2005.27(14):1999-2013.
[6]Lee C H, Kawatani M, Kim C W, et al Dynamic respose of a monorail steel bridge under a moving train. Journal of Sound and Vibration.2006.294(3):562-579
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[12]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.
[13]王福天.车辆系统动力学.北京.中国铁道出版社.1994.
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[82]陈立平,张云清等编著.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.清华大学出版社.2005.1.
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