直线电机地铁车辆轮轨外形匹配选型分析.pdf

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1、n％睫第34卷第3期铁道机车车辆Vo1．34No．32014年6月RAIIWAYI()C()M()TIVE＆CARJune．2014与一％文章编号：1008—78一42直线电机地铁车辆轮轨外形匹配选型分析刘高坤，罗世辉，马卫华，张江(西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031)摘要车辆的动力学性能关系到车辆运行的安全性和舒适度，轮轨接触几何是影响车辆动力学性能的重要因素。现基于某直线电机地铁车辆，建立车辆的动力学分析模型，分析LM／CHN60与LMa／CHN60两种匹配的轮轨接触几何以及在3种典型曲线工况下车辆的平

2、稳性、稳定性和曲线通过能力，通过比较二者性能的差异，为车辆踏面的选型提供理论和仿真依据。结果表明该直线电机地铁车辆采用LMa踏面能获得更好的综合动力学性能。关键词直线电机；地铁辆；轮轨外形匹配；动力学性能；轮轨接触中图分类号：U239．5文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1008—7842．2014．03．12随着城市现代化的发展，地面交通压力越来越大，圆弧车轮踏面JP—ARC与钢轨JIS6O和欧洲标准车轮以地铁车辆为代表的地下交通得到迅速发展。从世界踏面$1O02与钢轨UIS6O，比较这3种轮轨关系的几何范围

3、内来看，地铁还没有进入昕有交通压力很大的城参数差异。文献[6]对采用独立旋转车轮的直线电机车市，昂贵的造价是影响地铁发展的主要原因。采用直线辆系统进行动力学计算。电机驱动的地铁车辆，具有爬坡能力强、曲线通过性能我国地铁大部分采用IM磨耗型踏面，而LMa是和导向能力好等特点的同时，还减少了隧道施工面积，满足300～350km／h高速列车车轮踏面，两者与从而降低了工程造价，非常适合各大中城市等交通运量CHN60钢轨匹配都具有良好的性能。针对某城市地铁的需要。车辆，考虑直线电机及其悬挂方式对车辆动力学的影直线电机车辆具有优良性能，代表

4、了城市轨道交通响，建立完整车辆动力学模型，分别比较LM和LMa踏发展的方向。加拿大是世界上最早采用直线电机车辆面与CHN6O钢轨匹配时的动力学性能差异。技术的国家，技术已经发展得I乍常成熟和完善，其采用1模型的建立直线电机驱动的MKjV型迫导向转向架已经成功运用直线电机地铁车辆主要由车体、轮对、构架、横梁、于多伦多、温哥华及美国的底特律等城市。日本在2o轴箱、直线电机、吊杆、空气弹簧、减振器、抗侧滚扭杆、世纪9o年代引进加拿大技术的同时，开发了内置构架牵引杆等组成。在SIMPACK动力学软件中建立该地与外置构架两种直线电机径向转

5、向架，在东京、大阪、福铁车辆的动力学模型，如图1，模型共有118个自由度。冈等地铁线路上运用，结果令人非常满意』。轮轨匹配关系是影响车辆动力学性能的重要方面，合适的轮轨型面不仅能使车辆具有良好的平稳性和曲线通过能力，还能减少轮轨的磨耗。文献[3]分析比较了我国IM磨耗型踏面和德斟DIN5573踏面对地铁车辆动力学性能的影响。文献l4]分析地铁车辆常用的IM型踏面、内侧距l358I-tim和1360mm的S1002型车轮踏面分别与6Okg／m钢轨匹配特性。文献Es]选择中国磨耗型车轮踏面LMa与钢轨CHN60、Et本新干线图1直线

6、电机地铁车辆动力学模型*国家自然科学基金(51005190)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NcET一11—0712)，四川省科技计划项目(2012GZ0103)，中国博士后基金一等资助(2013M540715)；西南交通大学2Ol1年埃实之星计划资助刘高坤(1989)男，硕士生(修回Ef期：2013一l1—01)48铁道机车车辆第34卷轨道不平顺激励对车辆动力学性能有重要影响，当2轮轨接触几何特性利用美国轨道谱进行动力学仿真分析时，通常考虑车辆轨距为标准轨距l435mm、轨底坡为1：40、摇头运行的极值问题，车辆在实际运用中的

7、轨道不平顺峰值角为0时，CHN60轨分别与IM和LMa踏面匹配，得和美国五级谱相当，故线路激励采用美国五级线路到轮轨匹配的接触点对、等效锥度、接触角差分布情况谱。如图2所示，横坐标为轮对横移量。长艰较—-，_一辍．—11．00000．750O0．50001l，一0．250薹。o．000辎一O辎一O．250—O一O．5oo一0O．750一l一1．000—10(a)LM／CHN60~轨接触几何关系(b)LMa／CHN60轮轨接触几何关系图2LM／CHN6O(a)与LMa／CHN60(b)轮轨接触几何关系分析比较图2可知，IM／CHN

8、60与LMa／CHN60中发生威胁到运行安全的行为，本文主要考虑蛇行稳定两种匹配：①接触点分布都比较均匀，不会造成严重的性、防脱轨稳定性。不均匀磨耗问题。②前者等效锥度在横移量为4Film(1)蛇行临界速度以内时保持在0．12左右不变，当横移量继续增加至10车辆