跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)原理概述.

1、跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)性能性能仿真分析仿真分析研究研究構(gòu)建了構(gòu)建了3838個(gè)自由度的單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型，建立了走行軌面載荷譜，為單軌車輛個(gè)自由度的單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型，建立了走行軌面載荷譜，為單軌車輛設(shè)計(jì)與分析提供了理論支撐。設(shè)計(jì)與分析提供了理論支撐。車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)仿真大編組列車彎道通過性分析車體輕量化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)分析道岔通過性分析載落譜38自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型形成了完善的單軌車輛數(shù)字化設(shè)計(jì)分析方法，為車輛自主設(shè)計(jì)和列車系統(tǒng)集成提供形成了完善的單軌車輛數(shù)字化設(shè)計(jì)分析方法，為車輛自主設(shè)計(jì)和列車系統(tǒng)集成提供了設(shè)計(jì)分析方法。了設(shè)計(jì)分析方法?？缱絾诬壾囕v的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單

2、軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定1跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析3跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立2跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析4跨座式單軌車輛運(yùn)行平穩(wěn)性研究跨座式單軌車輛運(yùn)行平穩(wěn)性研究5目 錄跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定 跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定 單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能主要包括運(yùn)行穩(wěn)定性（安全性）、平穩(wěn)性以及曲線通過能力等三個(gè)方面。按照GB559985鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范，衡量這些性能的主要指標(biāo)如表所示：動(dòng)力性能穩(wěn)定性（安全性）曲線

3、通過能力平穩(wěn)性涉及方面抗脫軌穩(wěn)定性車輛抗傾覆穩(wěn)定性車輛曲線通過受力分析車輛曲線通過側(cè)傾穩(wěn)定性乘客乘坐舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)脫軌系數(shù)、抗傾覆系數(shù)、車體側(cè)傾角、平穩(wěn)性指數(shù)式中： Pd車輛左右兩側(cè)車輪的垂向載荷之差 Pst 車輛左右兩側(cè)車輪的垂向載荷之和 P2 增載一側(cè)的車輪垂向載荷 P1 減載一側(cè)的車輪垂向載荷 傾覆系數(shù)應(yīng)在試驗(yàn)車輛以線路允許的最高速度通過時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)試，我國鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范（GB5599-85）規(guī)定車輛傾覆系數(shù)為：D0.8傾覆穩(wěn)定性評(píng)價(jià)2121dstPPPDPPP 傾覆系數(shù)D用于評(píng)定車輛在側(cè)風(fēng)、離心力、橫向振動(dòng)慣性力等載荷作用下車輛一側(cè)所有車輪是否會(huì)減載到騰空而脫

4、離軌道并導(dǎo)致車輛傾覆，傾覆系數(shù)定義如下：跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定式中：W平穩(wěn)性指數(shù) A 振動(dòng)加速度， 取 f振動(dòng)頻率，Hz F（f）頻率修正系數(shù) GB559985制定了客車、機(jī)車以及貨車的平穩(wěn)性等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，下表給出了客車的平穩(wěn)性等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)價(jià) 參照GB559985鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范，進(jìn)行單軌車輛運(yùn)行平穩(wěn)性分析。其中運(yùn)行平穩(wěn)性按照平穩(wěn)性指數(shù)W評(píng)價(jià)，W的計(jì)算公式如下：3107.08( )AWF ff跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單軌車輛的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立動(dòng)力學(xué)仿真模

5、型建立對(duì)單軌模型進(jìn)行合理的抽象、簡化，等效成跨座式單軌車輛系統(tǒng)的物理模型亦即空間動(dòng)力學(xué)模型確定物理模型中各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系及系統(tǒng)自由度數(shù)，創(chuàng)建拓?fù)錁?gòu)型圖按照拓?fù)錁?gòu)型圖建立整車仿真模型ADAMS/View(前處理模塊)里建立跨座式單軌車輛系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)仿真模型。跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立單軌車輛空間動(dòng)力學(xué)模型單軌車輛空間動(dòng)力學(xué)模型單軌車輛拓?fù)錁?gòu)型單軌車輛拓?fù)錁?gòu)型跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立類型直道長度 L1（m）過渡曲線 S1（m）彎道半徑R(m)彎道角度C()彎道超高 H（m）過渡曲線 S2（m）直道長度 L2（m）R100

6、10030100600.040830100軌軌 道道 參參 數(shù)數(shù)車輛車輛虛擬樣機(jī)虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性運(yùn)行穩(wěn)定性分析分析 運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型R100；車速36Km/h。仿真結(jié)果如下圖：走行輪垂向力走行輪垂向力跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析運(yùn)行穩(wěn)定性分析跨座式單軌車輛傾覆穩(wěn)定性分析 當(dāng)走行輪在經(jīng)過圓曲段時(shí)，其垂向力會(huì)有所變化，但與靜載垂向力52KN相比，變化并不是很大。整個(gè)曲線運(yùn)行過程中，左右走行輪垂向力的增減量相等。右走行輪垂向力約為65kN，左走行輪垂向力約為39kN

7、，此時(shí)算得的傾覆系數(shù)為：2121PP6539D=0.25PP6539 滿足GB559985規(guī)定的機(jī)車的容許傾覆系數(shù)D0.8。說明單軌車輛中車滿載工況下即使在小曲率半徑下高速行駛，其抗傾覆穩(wěn)定性也是比較高的?？缱絾诬壾囕v抗脫軌穩(wěn)定性分析 對(duì)于單軌車輛來說，由于其特殊的走行結(jié)構(gòu)，在直線上以正常速度運(yùn)行時(shí)，如果沒有受到特別大的橫向力或者側(cè)翻力矩，單軌車基本上不會(huì)發(fā)生脫軌現(xiàn)象。而車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)，由于超高以及離心力的存在，隨著運(yùn)行速度的增大，導(dǎo)向輪，穩(wěn)定輪的徑向力會(huì)發(fā)生較大變化，有可能會(huì)脫離軌面，會(huì)對(duì)車輛的安全運(yùn)行造成一定的影響。 本文認(rèn)為，車輛通過彎道行駛時(shí)，導(dǎo)向輪所受的徑向壓力變化較大，當(dāng)前后

8、轉(zhuǎn)向架同側(cè)的兩個(gè)導(dǎo)向輪有一個(gè)所受的徑向壓力變?yōu)榱肆?，而另一個(gè)導(dǎo)向輪在1000N左右時(shí)，視為脫軌?？缱絾诬壾囕v跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析運(yùn)行穩(wěn)定性分析導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力 從計(jì)算結(jié)果得出：在車速不大于36Km/h時(shí)，導(dǎo)向輪有足夠的徑向力保證車輛運(yùn)行穩(wěn)定。運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型R100；車速36Km/h。仿真結(jié)果如下圖：跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析運(yùn)行穩(wěn)定性分析運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型直道；直線路段極限車速87Km/h 。仿真結(jié)果如下圖：導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛運(yùn)行穩(wěn)定性分析運(yùn)行穩(wěn)定性分析跨座式單軌車輛極限

9、車速通過直線路段受力仿真計(jì)算 上圖給出了導(dǎo)向輪與穩(wěn)定輪所受的徑向力隨運(yùn)行時(shí)間的變化情況。從圖中可以看出：當(dāng)車速為87Km/h時(shí)，前后轉(zhuǎn)向架左右導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪徑向力均發(fā)生了不規(guī)則波動(dòng)，單軌車輛在直線行駛中出現(xiàn)蛇形運(yùn)動(dòng)；直線限速為87Km/h?？缱絾诬壾囕v跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析曲線通過性仿真分析 跨座式單軌車輛極限車速通過曲線路段受力仿真計(jì)算跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析曲線通過性仿真分析運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型R100；直線路段極限車速34Km/h 。結(jié)果如圖：導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪徑向力跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析曲線通過性仿真分析

10、 當(dāng)車速為43Km/h時(shí)，前轉(zhuǎn)向架前右導(dǎo)向輪、后右導(dǎo)向輪徑向力為零，后轉(zhuǎn)向架前右導(dǎo)向輪、后右導(dǎo)向輪徑向力為零，與軌面脫離，車輛發(fā)生脫軌；曲線限速為43Km/h。一 在直線段，左右導(dǎo)向輪徑向力大小相等，經(jīng)過16s后車輛駛?cè)肭€段，左右導(dǎo)向輪徑向力開始增減。對(duì)于前轉(zhuǎn)向架，前左和后右導(dǎo)向輪徑向力增加，而前右和后左導(dǎo)向輪徑向力減小，由此形成了一個(gè)搖頭力矩，它是引導(dǎo)車輛通過曲線的主要轉(zhuǎn)動(dòng)力。對(duì)于后轉(zhuǎn)向架，情況正好相反。也就是說，一個(gè)轉(zhuǎn)向架上的四個(gè)導(dǎo)向輪中，在曲線通過時(shí)，實(shí)際上只有兩個(gè)輪胎起到主要的導(dǎo)向作用。二 穩(wěn)定輪徑向力在曲線通過時(shí)也有變化，對(duì)于同一轉(zhuǎn)向架，左側(cè)穩(wěn)定輪徑向力減小為零，右側(cè)穩(wěn)定輪徑向力增

11、大。穩(wěn)定輪的主要作用是抵抗不平衡的傾覆力矩，導(dǎo)向作用較小。三跨座式單軌車輛曲線通過車體側(cè)傾分析跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛曲線通過性仿真分析曲線通過性仿真分析運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型R100；車速分別為29Km/h、36Km/h和43Km/h仿真結(jié)果如下圖：三種速度下的車體側(cè)傾角三種速度下的車體側(cè)傾角 在直線段，車體側(cè)滾角基本為零，車輛行駛到曲線半徑處時(shí)，車體開始出現(xiàn)側(cè)滾，當(dāng)v=29Km/h時(shí)，車體側(cè)滾角是0.9，而v=43Km/h時(shí)，車體側(cè)滾角已變?yōu)?.7。這說明隨著車速的增加，車體隨著速度的增加從而使得離心力的增大，使車體向外傾斜，車體側(cè)滾角逐漸向外側(cè)傾倒。v=43Km/h的車體側(cè)滾角最大，最大側(cè)滾角為3.7。由于曲線的超高角已經(jīng)很大，因此會(huì)讓車中乘客產(chǎn)生傾斜感，會(huì)有一些不舒服的感覺?？缱絾诬壾囕v跨座式單軌車輛運(yùn)行平穩(wěn)性研究運(yùn)行平穩(wěn)性研究跨座式單軌車輛跨座式單軌車輛運(yùn)行平穩(wěn)性研究運(yùn)行平穩(wěn)性研究運(yùn)行工況：中車滿載；軌道類型R100；車速36Km/h；路面空間功率譜密度Ge=1e-7仿真結(jié)果如下圖：導(dǎo)向