跨坐式單軌車導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究（可編輯）

1、跨坐式單軌車導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究 . . 鐵 道 機(jī) 車 車輛第 卷第 期 .年 月文章編號(hào): ? ? 跨坐式單軌車導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究張建全 ,黃運(yùn)華。,李 芾 ,陶功安株洲電力機(jī)車有限公司,湖南株洲;西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,四川成都摘 要 介紹了跨坐式單軌車轉(zhuǎn)向架的工作原理,并依據(jù)浮心理論及動(dòng)力學(xué)仿真分析得出跨坐式單軌車導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪的預(yù)壓力對(duì)保證單軌車的運(yùn)行安全性,穩(wěn)定性具有十分重要的作用。通過(guò)仿真研究了車輛在通過(guò)不同曲線半徑時(shí)預(yù)壓力的大小對(duì)車輛運(yùn)行性能的影響,提出了確定導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪預(yù)壓力大小的方法。關(guān)鍵詞 單軌車;預(yù)壓力;仿真;動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào): .文獻(xiàn)標(biāo)志碼: 年重慶市政府

2、正式批準(zhǔn)軌道交通系統(tǒng)列入重 導(dǎo)向輪的支撐架,左右側(cè)梁的中部有穩(wěn)定輪的支撐架。車輛運(yùn)行時(shí),走行輪與穩(wěn)定輪緊緊“抱”住軌道梁,其軌慶市城市建設(shè)總體規(guī)劃,并成立重慶市軌道交通總公司。軌道交通線路中,校場(chǎng)口至新山村線為高架單軌線,也是 道梁不僅是承重的橋梁結(jié)構(gòu),同時(shí)也是支承和約束車輛我國(guó)第一條單軌交通線 。此外,杭州市、東莞和石家莊 行駛的軌道,承受較大的扭轉(zhuǎn)荷載。市也均對(duì)單軌交通系統(tǒng)對(duì)本市軌道交通線路的適應(yīng)性進(jìn)行了研究 。單軌交通作為一種城市公共交通系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)受到越來(lái)越多的關(guān)注,但對(duì)于單軌車輛動(dòng)力學(xué)方面的研究相對(duì)較少。本文即對(duì)影響單軌車輛動(dòng)力學(xué)性能輪的導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪的預(yù)壓力進(jìn)行研究,以期對(duì)單軌交

3、通在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。單軌車轉(zhuǎn)向架工作原理與傳統(tǒng)軌道交通相比,除供電方式、通信、信號(hào)系統(tǒng)等有所區(qū)別外,跨坐式單軌交通的最大區(qū)別主要反跌在 圖 跨坐式單軌車轉(zhuǎn)向架原理圖車輛轉(zhuǎn)向架、軌道梁和道岔等 方面,稱之為該交通系車體的抗傾覆穩(wěn)定性統(tǒng)的 大關(guān)鍵技術(shù)。跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架是車輛的車輛在橫向力作用下,車體將產(chǎn)生橫擺和側(cè)滾,當(dāng)核心部件,是最能體現(xiàn)該交通系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)的部分。轉(zhuǎn)外力消失后在懸掛裝置的復(fù)原力和復(fù)原力矩的作用下,向架采用跨坐式無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架、中心銷牽引。每個(gè)轉(zhuǎn)向車體向平衡位置移動(dòng)并引起自由振動(dòng),在各種阻力作用架有 個(gè)走行輪、 個(gè)導(dǎo)向輪、 個(gè)穩(wěn)定輪,都使用橡膠輪胎 如圖 所示 。

4、走行輪采用充氮?dú)鉄o(wú)內(nèi)胎鋼絲 下,自由振動(dòng)逐漸衰減并恢復(fù)到靜平衡位置。車體離開(kāi)橡膠輪胎,以軌道梁的上表面為走行面,起承載、傳遞牽 平衡位置后,能自動(dòng)恢復(fù)到平衡位置的特性稱為車體在引力、制動(dòng)力和緩沖車輛豎向振動(dòng)的作用;導(dǎo)向輪、穩(wěn)定 彈簧上具有抗傾覆穩(wěn)定性 。如果車體離開(kāi)平衡位置輪內(nèi)充壓縮空氣,都以軌道梁的側(cè)面為走行面,起到緩 后不能自動(dòng)恢復(fù)到平衡位置而繼續(xù)保持傾斜狀態(tài),甚至沖車輛橫向振動(dòng)的作用,其中導(dǎo)向輪在過(guò)彎道時(shí)起導(dǎo)向 逐漸增加傾斜而使車體傾覆,車體將在彈簧上喪失抗傾作用;穩(wěn)定輪是在車輛受到離心力、風(fēng)力的時(shí)候起穩(wěn)定 覆穩(wěn)定性,出現(xiàn)這種現(xiàn)象是車輛安全運(yùn)行所不允許的。作用。為防止輪胎失氣,每種車輪都

5、備有輔助安全車 在車輛設(shè)計(jì)中應(yīng)確保車體在彈簧上有足夠的抗傾覆穩(wěn)輪。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由鋼板焊接而成,其左右側(cè)梁的前后有 定性。國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 計(jì)劃 項(xiàng)目張建全 一 男,河南南陽(yáng)人,助理工程師 修回日期: ? ? 第 期 跨座式單軌車導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究道梁之間的作用力對(duì)跨坐式單軌車輛的安全性、穩(wěn)定性根據(jù)船舶浮心理論,令 一,為車體在彈簧和平穩(wěn)性有著重要的影響,本文即對(duì)導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪與上的浮心高度。若車體浮心高度大于車體重心高度,即軌道梁之間的作用力進(jìn)行深入研究 。 時(shí),車體在彈簧上具有抗傾覆穩(wěn)定性;車體浮心直線線路上車輛有無(wú)預(yù)壓力時(shí)的仿真研究高度小于車體重心高度,即時(shí),車體在彈簧上喪利用多體

6、動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)跨坐式單軌車模型參數(shù)見(jiàn)失抗傾覆穩(wěn)定性;車體浮心高度等于車體重心高度即為表 其在定員情況下通過(guò)一帶有激擾的直線路面進(jìn)行隨遇平衡,這種狀態(tài)為穩(wěn)定和失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。仿真,仿真結(jié)果如圖 所示。若車輛為兩系懸掛,則車輛的浮心高度 為:表 計(jì)算模型主要計(jì)算參數(shù); , 、“ . . . . . . .。 , , 。 。 . . .參數(shù)四 嘶;車體質(zhì)量/ 式中 為一系懸掛垂向剛度; 為二系懸掛垂向剛轉(zhuǎn)向架質(zhì)量/走行輪剛度/ 度; 為車體質(zhì)量; 為一系懸掛橫向跨距之半; 。為導(dǎo)向輪/穩(wěn)定輪剛度/二系懸掛橫向跨距之半。走行輪阻尼/為了確保車體在彈簧上有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性,前導(dǎo)向輪/穩(wěn)定輪阻尼/蘇聯(lián)鐵路

7、規(guī)定車體浮心高度 應(yīng)大于車體重心高度 空氣彈簧垂向剛度/空氣彈簧水平剛度/ 。的量在 以上 ,即:二系減振器阻尼/。一二系減振器安裝角度/ 。車輛定距之半/南跨坐式單軌車輛的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)原理圖可以明顯走行輪軸距之半/看到,單 軌 車輛走 行 輪 的橫 向跨距 很 小,一 般為導(dǎo)向輪軸距之半/ ,由公式以及車輛相關(guān)參數(shù)可以得到單軌車空氣彈簧橫向問(wèn)距/ 空車的浮心高度只是比車體重心高 左右,而在定員的情況下就遠(yuǎn)低于車體重心高度,所以單軌車輛很圖中各個(gè)字母的意義分別是 為導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪貼容易失穩(wěn),屬“隨遇不穩(wěn)定”模式。因此,跨坐式轉(zhuǎn)向架 靠在軌道梁; 為穩(wěn)定輪和軌道梁有一間隙,導(dǎo)向輪貼需要沒(méi)置穩(wěn)定輪,由

8、此產(chǎn)生橫向力從而形成反力矩來(lái)保 靠在軌道梁上; 為導(dǎo)向輪和軌道梁有一間隙,穩(wěn)定輪證車輛的穩(wěn)定性?？缱絾诬壾囕v的導(dǎo)向是靠導(dǎo)向輪貼靠在軌道梁上; 為導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪和軌道梁均有一和軌道梁的壓力來(lái)提供的,因此,導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪與軌間隙; 為導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪和軌道梁均有一預(yù)壓力。.? . 置.漤一.璺巨蛙蛙足卅一 . 時(shí)間/ 時(shí)間/ 時(shí)間/車體橫移車體側(cè)滾轉(zhuǎn)向架橫移. 。.巡幽叵.樣世 一.時(shí)間/時(shí)間/轉(zhuǎn)向架側(cè)滾車體橫向加速度圖 單軌車通過(guò)一路面激勵(lì)時(shí)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化曲線 鐵 道 機(jī) 車 車輛 第 卷要 。從圖 的仿真結(jié)果可以看出:】 當(dāng)導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪貼靠在軌道梁上,車輛在. 車輛圓曲線上橫向受力分析通過(guò)路面

9、激擾后經(jīng)過(guò)微小的振動(dòng)后很快恢復(fù)到穩(wěn)定狀圖 為車輛以一定速度通過(guò)圓曲線時(shí)橫向的受力態(tài),只是車體橫移、車體側(cè)滾、轉(zhuǎn)向架橫移、轉(zhuǎn)向架側(cè)滾情況,從圖中看出車輛在通過(guò)曲線時(shí)主要受到的橫向力均有一較小的偏移量。有導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪的徑向力、離心力和車輛重力在橫向當(dāng)導(dǎo)向輪貼靠在軌道梁上,而穩(wěn)定輪有一間隙的分力、走行輪的側(cè)向力。這些力在橫向有以下關(guān)系:的時(shí)候,車輛在通過(guò)路面激擾后要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的振? 一動(dòng)才能恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài),在穩(wěn)定狀態(tài)只有車體橫移能夠式中 為導(dǎo)向力; 為離心力; 為車輛重力; 為穩(wěn)回到零位置附近,但仍有一較小的橫移量,而車體側(cè)滾、定輪抗傾覆力; 走行輪側(cè)向力; 為超高角。轉(zhuǎn)向架橫移、轉(zhuǎn)向架側(cè)滾均有一

10、較大的偏移量。從式可以看出,這些力的變化是由車輛的運(yùn)行當(dāng)導(dǎo)向輪與軌道梁有一間隙,而穩(wěn)定輪貼靠在速度、線路的超高以及曲線半徑來(lái)決定的。軌道梁 上的時(shí)候,車輛在通過(guò)路面激擾后很快產(chǎn)生一較大的偏移量,并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的振動(dòng)才能恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。 當(dāng)導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪同時(shí)和軌道梁有一間隙的時(shí)候,車輛在通過(guò)路面激擾后很快產(chǎn)生一較大的偏移量,并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)才能恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài),只是車體橫移較導(dǎo)向輪與軌道梁有一間隙,而穩(wěn)定輪貼靠在軌道梁上時(shí)稍大一點(diǎn),而車體側(cè)滾、轉(zhuǎn)向架橫移、轉(zhuǎn)向架側(cè)滾的偏移量則大了很多。 當(dāng)導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪同時(shí)和軌道梁有一預(yù)壓力的時(shí)候,車輛在通過(guò)路面激擾后經(jīng)過(guò)微小的振動(dòng)后很快恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài),在穩(wěn)定狀

11、態(tài)車輛基本回到零位 圖 車輛圓曲線上的受力圖置。. 有預(yù)壓力時(shí)的曲線通過(guò)仿真從車體橫向加速度圖可以看到,當(dāng)導(dǎo)向輪穩(wěn)定為了考察導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能輪貼靠在軌道梁上和有預(yù)壓力的時(shí)候車體振動(dòng)一兩次的影響 ,仿真計(jì)算了單軌車輛在預(yù)壓力從到就達(dá)到穩(wěn)定,并且振幅很小;當(dāng)有間隙存在時(shí)會(huì)有長(zhǎng)時(shí) 變化時(shí),通過(guò) 到 不同曲線半徑超高間的波動(dòng),并且幅值也比較大,尤其是導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪率為 的曲線時(shí),車輛動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的變化情況如同時(shí)存在間隙的時(shí)候波動(dòng)最大。圖 所示。由上述分析可知,導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪與軌道粱之間的從圖 可以看出,隨著預(yù)壓力的增加,導(dǎo)向輪穩(wěn)定間隙加劇了車輛的振動(dòng)和車輛的偏移量,使車輛的抗傾 輪

12、徑向力的變化量、車體側(cè)滾角、轉(zhuǎn)向架側(cè)滾角和車體橫移量 車體相對(duì)于前后轉(zhuǎn)向架中心的連線 顯著變小覆穩(wěn)定性變差。當(dāng)穩(wěn)定輪和軌道梁有一問(wèn)隙的時(shí)候會(huì)后趨于平緩;隨著曲線半徑的增加,導(dǎo)向力變化量的減比導(dǎo)向輪和軌道梁之間有一間隙時(shí)的振動(dòng)較大一些,是小比較明顯,穩(wěn)定輪徑向力變化量、車體側(cè)滾角、轉(zhuǎn)向架由于車輛的側(cè)滾運(yùn)動(dòng)沒(méi)有得到有效的抑制,當(dāng)導(dǎo)向輪和側(cè)滾角和車體橫移略有減小;空氣彈簧垂向力的變化隨穩(wěn)定輪同時(shí)有一問(wèn)隙的時(shí)候是最惡劣的情況,此時(shí)車輛曲線半徑和預(yù)壓力的增加變化都比較小。的偏移量最大且振動(dòng)最劇烈。當(dāng)導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪貼靠在圖 是導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪與軌道梁有預(yù)壓力,跨軌道梁上和有一預(yù)壓力的時(shí)候車體的偏移和振動(dòng)情況坐

13、式單軌車輛以均衡速度通過(guò) 半徑 超高率會(huì)改善很多,其中有預(yù)壓力的時(shí)候車輛的運(yùn)行狀態(tài)最的曲線時(shí),導(dǎo)向力和穩(wěn)定輪徑向力的變化隨時(shí)間歷程變好,此時(shí)車輛具有良好的抗傾覆穩(wěn)定性。化情況。曲線線路上導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究從圖 可以看出,右側(cè)導(dǎo)向輪和左側(cè)穩(wěn)定輪在緩和車輛在道路上運(yùn)行時(shí)不可避免的要受到風(fēng)力等其曲線上時(shí)就已經(jīng)離開(kāi)了軌道梁,在圓曲線上穩(wěn)定輪徑向他外部激擾的影響,特別是在曲線通過(guò)時(shí),由于存在離力有長(zhǎng)時(shí)間較小幅度的振蕩。而此時(shí)若車輛受到外部心力、重力的分力以及風(fēng)力的作用,車體在曲線上會(huì)有 激擾如強(qiáng)風(fēng)的影響將給車輛帶來(lái)危險(xiǎn),從而影響車輛的較大的傾覆,此時(shí)導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪的預(yù)壓力就顯得尤為重 穩(wěn)定性、安全性。第 期 跨座式單軌車導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪預(yù)壓力研究 廈