悬挂式空铁车辆动力学建模及振动特性分析

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1、国内图书分类号：U270.11;U232密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文悬挂式空铁车辆动力学建模及振动特性分析年级二O一五级姓名陈志辉申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导教师翟婉明院士二O一八年五月ClassifiedIndex:U270.11;U232U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDYNAMICMODELINGANDVIBRATIONCHARACTERISTICSANALYSISOFTHESUSPENDEDMONORAILVEHI

2、CLEGrade:2015Candidate:ChenZhihuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.ZhaiWanmingMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要城市轨道交通作为有效解决城市交通拥堵、实现城市空间合理布局以及保证城市综合可持续发展的重要途径，目前正处于快速、全面发展的重要时期。其中，悬挂式空铁车辆作为一种多元化的城市轨道交通系统，凭借其自身诸多优点将在我国有着广阔的发展及应用

3、前景。空铁车辆的振动过程是一个复杂的动力学系统，其动力学参数的选取与结构形式的设计直接关系到车辆的运行平稳性以及乘客的乘坐舒适性。因此，开展空铁车辆动力学建模及振动特性分析，对我国空铁车辆关键结构及参数的进一步优化设计具有重要的理论指导意义和工程应用价值。本文首先介绍了悬挂式空铁车辆的结构组成形式及其技术特点，总结了空铁列车技术国内外发展应用与研究现状。以日本、德国两种典型的对称悬挂胶轮-箱型轨道梁型空铁车辆为研究对象，对其车辆编组、转向架结构特点以及相关技术参数等内容进行了对比分析。基于多体动力学理论，充分考虑了轮胎与止挡元件的非线

4、性特性，建立了具有52个自由度的空铁车辆整车动力学模型。结合空铁车辆现场动力学试验结果，从时域及频域两个角度对车体垂、横向振动加速度动力学仿真结果与测试数据进行了对比分析。对比结果表明，仿真结果与实测结果吻合较好，验证了所建动力学模型的有效性，可用于进一步的相关计算分析。利用所建立的动力学模型，计算分析了不同载荷工况下车辆悬挂系统主要动力学参数对车辆振动特性的影响规律。计算结果表明，基于本模型计算参数，当二系垂向刚度约为0.2~0.3MN/m、垂向减振器阻尼值为8~10kNs/m时，车辆的垂向振动较小；车体的横向振动则在二系横向刚度

5、为3~4MN/m时较小。车体横向振动加速度及平稳性指标随吊梁底端横向跨距的增大而不断增加，而车体质心横向位移则随横向跨距的增加而逐渐减小。基于准零刚度原理，尝试开展了新型隔振技术在空铁车辆振动特性中的应用分析。在既有垂向弹性元件的基础上并联两个斜置弹簧，实现了二系悬挂系统的准零刚度特性。并采用UM与Matlab/Simulink联合仿真的方式，开展了二系悬挂准零刚度系统与传统线性刚度系统对空铁车辆振动特性影响的对比研究。研究结果表明，二系悬挂准零刚度系统下空铁车辆动态响应在时域内明显降低，在频域范围内的低频段隔振效果良好。关键字：悬挂

6、式单轨交通；空铁车辆；动力学建模；二系悬挂系统；振动特性；准零刚度西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsanimportantwaytoeffectivelysolvetheurbantrafficcongestion,realizethereasonablelayoutofurbanspaceandensurethecomprehensivesustainabledevelopmentofthecity,Urbanrailtransitisinanimportantperiodofrapidandintegrat

7、eddevelopmentnow.Amongthem,thesuspendedmonorailvehiclesystemisexpectedtohaveabroaddevelopmentandapplicationprospectsinChina,whichactsasadiversifiedurbanrailtransitsystemwithlotsofadvantages.Theoperationprocessofthesuspendedmonorailvehicleisacomplexdynamicprocess.Asoneof

8、theimportantvibrationreductiondevicesforthevehiclesystem,thedynamicparametersandthedesignofstructureformforthe