高速动车曲线通过动态性能仿真分析

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1、硕士学位论文目录5．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯616车轮踏面对车一线曲线通过动态性能影响的仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．636．1高速动车车轮踏面概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636．1．1车轮踏面的主要作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯636．1．2高速动车车轮踏面研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·646．1．3国内外典型车轮踏面⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·646．2SIMPACK仿真过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯656．3车轮踏面对曲线通过动态特性影响的仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、676．3．1轮对动力学性能仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯676．3．2轮对匹配关系影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯706．3．3轮轨滚动匹配蠕滑率和蠕滑力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘726．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一777结论与展望⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“797．1研究成果与结论⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-．797．2研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一80参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯81攻读学位期间主要的研究成果

3、目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一87VII硕士学位论文1绪论1．1研究背景及意义高速铁路作为当代一项综合科技应用成果，体现了国家科学技术和工业发展水平，也是衡量当代铁路技术水平的重要标志。到目前为止，我国铁路系统先后进行了六次大规模的提速，目前部分主干线上运营的高速动车组最高运行时速已经提至200km以上。国家最新颁布的《十二五综合交通运输体系发展规划》提出：到2016年初，国家高速公路和快速铁路交通网基本建成，重点建设城际区域轨道交通网，覆盖全国的综合交通运输网逐步形成，运营总里程将达到48

4、9万公里。铁路建设标准分为以下三个层次：以“四纵四横”高速铁路为主骨架，按运营速度为300km／h的标准建设；高铁连接线、延伸线及城际铁路按运营速度为200～250km／h的标准建设；客货混跑的快速铁路以及我国中西部大部分铁路按运营速度为200km／h以下的标准建设【l，2】。到2020年，铁路运营总里程将达到12万公里，其中客运专线为1．6万公里，快速铁路为4．5万公里13J。高速动车组以其高速、舒适、安全、灵活的优势，将在基于社会效益和生态效益的基础上带来巨大的经济效益。自19世纪末以来，中外许多学者对铁路机车车辆运行的稳定性开展了大量的研究工作，但是大多数

5、文献只是对直线轨道车辆稳定性进行了研究H1J，仅少量文献研究了曲线轨道车辆稳定性。CHENGYC和LEESY基于车辆系统多体动力学研究了曲线路段高速车辆通过的稳定性18～lo】，司道林等[1lJ考虑了列车牵引力研究了机车车辆曲线通过时的稳定性。曲线路段是车辆运行线路的薄弱环节。当轨道车辆通过曲线路段时，由于轮轨接触轮轨间会产生复杂的动态作用力，并引起轮轨磨损和运行安全性等问题。这些力主要由稳态和动态两大部分组成。稳态力主要是指轮对在曲线上的位置状态引起的切向蠕滑力以及因轨道挠曲和轮重产生的轮轨正压力；动态力主要是指进入和驶出缓和曲线时的瞬态力以及轨道不平顺引起的

6、动态荷载等。过大的轮轨作用力不仅会导致轮轨的严重磨损，加大线路维修工作量，甚至会发生车轮爬轨或钢轨翻转等安全事故。实际上，高速客车在大半径曲线轨道上运行时，在平衡位置同样也会出现失稳现象【l卜14J。尽管高速动车组运行线路条件好，曲线半径大，但是在车辆系统动力学的深入研究中，曲线通过动态性能仍然是车辆动力学中十分重要的研究领域。因此，深入研究轮对及转向架式车辆在通过曲线时的动态性能，对车辆的设计和确保列车的正常运行有着重要意义。硕士学位论文l绪论1．2车辆曲线通过性能研究的国内外研究的发展1．2．1国内外车辆曲线通过理论研究的发展对轨道车辆曲线通过理论和模型的研

7、究可大致分为四个历史阶段：早期经典的曲线通过理论、现代的线性稳态曲线通过理论、非线性稳态曲线通过理论和非线性动态曲线通过理论【l51。这些理论使人们对曲线通过动态性的认识由定性到定量、由局部到全面、由简单到深入，对系统的逐步认识分别在不同的阶段对机车车辆的发展起到了重要的作用。早期经典的曲线通过理论以摩擦中心法为代表，该方法始于19世纪末，并作为例行的设计手段。当时机车轴距较长，而通过的曲线半径较小，因此通过曲线时轮轨接触往往会发生滑动。摩擦中心法假定整个车架和转向架会相对于轨道绕某瞬心旋转，轮轨接触面上的力为最大摩擦力，并产生回转力矩，而导致轮缘产生横向导向力

8、来平衡回转力矩。该方法曾