牵引力对城轨车辆动力学性能的影响.pdf

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1、第３期（总第２０２期）机械工程与自动化No．３２０１７年６月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０３‐００２２‐０３牵引力对城轨车辆动力学性能的影响１１１２１张建全，陶功安，孔媛媛，黄运华，贺世忠（１．中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲４１２００１；２．西南交通大学机械工程学院，四川成都６１００３１）摘要：为了研究牵引力对城轨车辆动力学性能的影响，利用SIMPACK建立某城轨车辆动力学模型，将牵引电机的转矩特性作

2、为动力学模型中车辆的驱动力，研究了牵引工况下车辆的稳定性、平稳性和安全性，并与惰行工况进行对比分析。研究结果表明：牵引力改变了轮轨间的蠕滑力，从而影响车辆的动力学性能。关键词：牵引力；城轨车辆；动力学；仿真分析中图分类号：U２６０畅１１文献标识码：A0引言下车辆的稳定状态。先使车辆在无激扰的直线上加速随着城市轨道交通的飞速发展，各种问题也大量至１２０km／h，然后在轨道上设置一段一定长度的不平涌现，特别是影响车辆运行安全与轨道系统动力学的顺，使车辆系统的振动被激发后使其在不平顺的直线问题更加突出，也

3、更趋复杂。车辆的动力学性能不仅轨道上运行，考察轮对的横向运动情况，仿真结果如图受线路、天气等外界因素的影响，还受自身的轮轨关３所示。由图３可以看出，车辆在通过不平顺后轮对系、悬挂参数的影响，而车辆在牵引或制动力作用下轮横移迅速收敛，满足车辆最高运行速度的要求。轨关系也将发生变化，从而影响车辆的动力学性能。大多数文献仅对城轨车辆在惰行工况下的动力学性能、参数优化、结构设计与改进等方面给予了深入的研究。本文利用动力学分析软件SIMPACK对某最高运行速度为１００km／h的城轨车辆建立动力学分析模型，并对

4、车辆在惰行与牵引工况下的动力学性能进行对比分析，以研究牵引力对城轨车辆动力学性能的影响，以期对城轨车辆的设计及参数优化提供有益的指导。图１牵引电机转矩特性图２车辆加速过程1城轨车辆的牵引性能驱动单元将电能转换成机械能驱动城轨车辆运行，是城轨车辆转向架结构中的关键部件之一，其由牵引电机、齿轮箱和联轴节组成。本文将牵引电机的转矩特性（见图１）输入动力学模型以驱动车辆的运行，并考虑车辆运行中的阻力，最终车辆通过牵引电机的驱动实现速度由０加速至１００km／h，如图２所示。2牵引力对车辆动力学性能的影响图３轮

5、对横移量２．１对车辆稳定性的影响２．２对车辆平稳性的影响车辆的稳定性是车辆安全运行最基本的要求，设按照GB５５９９－８５对车辆在美国Ⅴ级谱线路上计时需确保车辆在线路上运行时不得出现失稳现象。运行时牵引工况和惰行工况下的平稳性指标和车体加本文考虑到牵引电机的牵引特性，未计算车辆的临界速度均方根值进行仿真计算对比，如图４～图７所示。速度，仅核算了车辆在最高运行速度２０％余量的情况科技部“十三五”先进轨道交通重点专项项目（２０１６YFB１２００５０１－００６）收稿日期：２０１７‐０３‐０１；修订日期：２０

6、１７‐０４‐２９作者简介：张建全（１９８４‐），男，河南南阳人，工程师，硕士，现从事城轨车辆转向架方面的研究。２０１７年第３期张建全，等：牵引力对城轨车辆动力学性能的影响·２３·由图４和图６可以看出，车辆在牵引工况下的横大。由图５和图７可以看出，车辆在牵引工况下的垂向向平稳性和横向加速度均方根值比惰行工况下略有增平稳性和垂向加速度均方根值与惰行工况基本一致。图４横向平稳性图５垂向平稳性图６横向加速度均方根值图７垂向加速度均方根值２．３对车辆曲线通过性能的影响化量近似相等（左侧为２２．１７kN，右侧为

7、２２．５７kN，车辆通过曲线时，由于额外受到离心力、超高及其总变化量为４４．７４７kN）；牵引工况下的纵向蠕滑力由变化等的影响，轮轨之间将产生复杂的轮轨作用力，因于叠加了一定大小的牵引力所产生的蠕滑力，左、右侧此，车辆的曲线通过性能是评定车辆安全性的重要依轮轨纵向蠕滑力的变化量不再相等（左侧为２４．９kN，据。城轨线路受到运行环境的限制，曲线多且曲线半右侧为１５．６kN，总变化量为４０．５kN），总的变化量径比较小，本文对车辆以８５km／h的速度通过５００m明显减小，曲线通过时轮对的自导向能力变弱。

8、曲线半径时在惰行工况和牵引工况下的动力学性能进图９为得到的仿真通过曲线时牵引工况和惰行工行对比。另外，为了能够清晰地反映城轨车辆在通过况下轮轨横向蠕滑力变化情况。由图９可以看出：当曲线时的各动力学性能的变化，曲线通过计算时未考轮对运行至圆曲线上时，左、右侧轮轨的横向蠕滑力均虑轨道不平顺。达到最大值；牵引工况下左侧轮轨横向蠕滑力相对惰２．３．１对轮轨蠕滑力的影响行工况的变化量减小，右侧轮轨横向蠕滑力相对惰行众所周知，轮轨间产生的蠕滑力对城轨车辆的曲工况的变化量增大，总的