低地板轻轨车辆轮轨接触问题的研究

论文摘要

城市现代化的发展和人口的持续增长,不仅使城市公共交通发生了数量上的变化,而且也在质量上提出了更高的要求。轻轨交通作为解决城市交通问题的途径之一己被广泛接受,并得到了系统性的研究。低地板轻轨车辆同传统轻轨的主要区别是采用独立旋转车轮转向架。首先,要想实现低地板,独立轮组系统比传统转向架的轮轴系统有很大优势。采用独立旋转车轮结构,即去掉车轴或采用阶梯车轴,可以顺利的降低地板高度,以此实现100%低地板的轻轨车。独立旋转车轮转向架车辆由于不存在轮轨纵向蠕滑力产生的回旋力矩,故具有较高的运动临界速度,对高速机车车辆具有很大的潜在应用价值;同时,由于车轴可做成曲轴或采用无公用轴,可实现城市轨道轻轨交通车辆的部分低地板或百分之百低地板,国内外机车车辆研究人员在这方面进行了大量的理论研究和试验研究。本文利用参变量变分原理和由其推导出的有限元参数二次规划法,并结合多重多支子结构技术求解低地板轻轨车辆的轮轨弹性接触问题。分别建立100%低地板轻轨车轮所采用踏面5个不同位置模型, 70%低地板轻轨车轮采用踏面3个不同位置的轮轨接触模型。计算不同踏面、不同轴重、踏面不同位置、曲线通过时不同速度和不同牵引力对轮轨接触状态的影响,分析轮轨接触力随着上述参数变化的规律,并以三维曲线图、数表和曲线的形式将这些关系反映出来。计算结果表明,100%低地板车轮踏面实现了轮轨接触对中位置附近列车更加平稳运行,横移量较大时具有更大横向力,可以更加有效的实现独立轮对的自动对中,比70%低地板车采用的踏面更满足独立轮对的要求。文中对计算结果进行了详细的分析,得出了踏面不同位置的接触斑和接触力变化规律,不同工况踏面的接触力分布规律,为低地板轻轨车踏面设计的进一步优化提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 低地板轻轨车的研究进展
• 1.2.1 低地板轻轨车的转向架的发展
• 1.2.2 科研人员的研究进展
• 1.3 导向原理
• 1.3.1 传统轮对的导向原理
• 1.3.2 独立轮组的导向原理
• 1.4 课题主要研究内容
• 第二章 计算理论与算法
• 2.1 软件简介
• 2.1.1 HyperMesh 软件简介
• 2.1.2 JIGFEX 软件简介
• 2.2 有限单元法
• 2.3 关于参变量变分原理
• 2.4 多重子结构分析技术
• 本章小结
• 第三章 低地板轻轨车轮轨接触有限元模型
• 3.1 轮轨模型的确定
• 3.1.1 轮对计算模型
• 3.1.2 钢轨模型
• 3.2 轮轨模型接触位置的确定
• 3.2.1 100%低地板轮轨接触有限元模型接触位置的确定
• 3.2.2 70%低地板轮轨接触有限元模型接触位置的确定
• 3.2.3 轮轨接触有限元整体模型
• 3.3 计算模型的载荷及边界条件
• 本章小结
• 第四章 低地板轮轨接触计算结果分析
• 4.1 100%低地板车轮轨不同接触位置的接触分析
• 4.1.1 不同接触位置的踏面接触区变化分析
• 4.1.2 不同接触位置的法向力变化分析
• 4.2 轴重对100%低地板车接触状态的影响
• 4.2.1 不同轴重时的踏面接触区变化分析
• 4.2.2 不同轴重时的接触区法向力的分布
• 4.3 牵引工况下独立轮对纵向摩擦力的分布
• 4.3.1 不同接触位置对独立轮对纵向摩擦力接触状态的影响
• 4.3.2 牵引工况的变化对独立轮对纵向摩擦力接触状态的影响
• 4.4 曲线通过速度对独立轮对接触状态的影响
• 4.4.1 曲线通过速度对独立轮对接触区的影响
• 4.4.2 曲线通过速度对独立轮对接触力的影响
• 4.5 70%低地板车轮轨不同接触位置的接触分析
• 4.5.1 不同接触位置的踏面接触区变化分析
• 4.5.2 不同接触位置的接触力变化分析
• 4.6 轴重对70%低地板车接触状态的影响
• 4.6.1 不同轴重时的踏面接触区变化分析
• 4.6.2 不同轴重时的接触区法向力的分布
• 4.7 70%低地板车与 100%低地板车踏面对比分析
• 4.7.1 不同踏面接触区变化分析
• 4.7.2 不同踏面接触力变化分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢