高速列車耦合大系統(tǒng)動力學(xué)理論及其實踐PPT課件

1、1報告內(nèi)容 理論建模 工程實踐 研究背景第1頁/共56頁2動力學(xué)動力學(xué)穩(wěn)定性穩(wěn)定性舒適性舒適性可靠性可靠性安全性安全性高速列車的核心是轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架核心是動力學(xué)高速列車的核心是轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架核心是動力學(xué)第2頁/共56頁3研究背景v復(fù)雜性復(fù)雜性尺度效應(yīng)尺度效應(yīng)：幾十毫米：幾十毫米幾百上千米幾百上千米 時間效應(yīng)時間效應(yīng)：2530年的服役周期年的服役周期 空間效應(yīng)空間效應(yīng) ：穿行幾千公里穿行幾千公里第3頁/共56頁4v輪軌非線性幾何關(guān)系v輪軌接觸非線性蠕滑力v懸掛系統(tǒng)的非線性特性v線路不平順的隨機(jī)激擾v地震、風(fēng)載等外部擾動第4頁/共56頁5報告內(nèi)容 理論建模 工程實踐 研究背景第5頁/共56頁6理論

2、建模車間耦合關(guān)系 輪軌耦合關(guān)系 弓網(wǎng)耦合關(guān)系流固耦合關(guān)系 機(jī)電耦合關(guān)系 環(huán)境耦合關(guān)系接觸網(wǎng)受電弓高速列車線路輪軌關(guān)系牽引供電所弓網(wǎng)關(guān)系流固耦合關(guān)系機(jī)電耦合關(guān)系系統(tǒng)性第6頁/共56頁7理論建模高速列車耦合大系統(tǒng)服役仿真耦合作用耦合作用服役過程服役過程列車行為列車行為 高速動車組動態(tài)響應(yīng)高速動車組動態(tài)響應(yīng) 接觸網(wǎng)動態(tài)響應(yīng)接觸網(wǎng)動態(tài)響應(yīng) 線橋隧動態(tài)響應(yīng)線橋隧動態(tài)響應(yīng) 空空氣氣流流場場動動態(tài)態(tài)響響應(yīng)應(yīng) 牽牽引引供供電電系系統(tǒng)統(tǒng)響響應(yīng)應(yīng) 輪軌耦輪軌耦合關(guān)系合關(guān)系弓網(wǎng)耦弓網(wǎng)耦合關(guān)系合關(guān)系 流固耦合流固耦合關(guān)系關(guān)系 機(jī)電耦合機(jī)電耦合關(guān)系關(guān)系 首次第7頁/共56頁8理論建模 高速列車系統(tǒng)動力學(xué)模型框架 第8頁

3、/共56頁9理論建模 仿真平臺結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)方法氣流供電站接觸網(wǎng)受電弓車輛牽引傳動鋼軌軌道板橋梁第9頁/共56頁理論建模 高速列車耦合大系統(tǒng)動力學(xué)仿真平臺10第10頁/共56頁11理論建模機(jī)車車輛機(jī)車車輛軌道系統(tǒng)軌道系統(tǒng)弓網(wǎng)系統(tǒng)弓網(wǎng)系統(tǒng)氣流氣流環(huán)境環(huán)境服服役役動動態(tài)態(tài)響響應(yīng)應(yīng)時變時變參數(shù)參數(shù)計算計算模型模型穩(wěn)定性穩(wěn)定性傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)軌道譜軌道譜不平順不平順平穩(wěn)性平穩(wěn)性安全性安全性系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入服役仿真計算服役仿真計算服役響應(yīng)服役響應(yīng)可靠性可靠性仿真計算仿真計算結(jié)構(gòu)失結(jié)構(gòu)失效模型效模型材料失材料失效模型效模型 服役模擬第11頁/共56頁12 理論建模 工程實踐 研

4、究背景第12頁/共56頁13v高速列車頂層技術(shù)參數(shù)高速列車頂層技術(shù)參數(shù)v高速列車內(nèi)部接口技術(shù)高速列車內(nèi)部接口技術(shù) v高速列車外部接口技術(shù)高速列車外部接口技術(shù)第13頁/共56頁14v 高速列車耦合大系統(tǒng)輪軌耦合關(guān)系 弓網(wǎng)耦合關(guān)系流固耦合關(guān)系 機(jī)電耦合關(guān)系接觸網(wǎng)受電弓高速列車線路輪軌關(guān)系牽引供電所弓網(wǎng)關(guān)系流固耦合關(guān)系機(jī)電耦合關(guān)系第14頁/共56頁153. 高速列車外部接口技術(shù)輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件 線路平縱斷面適應(yīng)性分析 線路不平順適應(yīng)性分析 車輪和鋼軌及線路缺陷（沉降）適應(yīng)性分析 線路剛度匹配和適應(yīng)性分析弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件弓網(wǎng)耦合關(guān)系車電耦合關(guān)系環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件橫風(fēng)安全性溫度環(huán)境雨雪環(huán)境電磁

5、環(huán)境噪聲第15頁/共56頁16v 輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（1）線路平縱斷面適應(yīng)性分析w 曲線半徑大小w 緩和曲線長度 400050006000700080001012141618輪軌橫向力 /kN曲線半徑 /m1002003004005002.02.22.42.62.83.0橫向平穩(wěn)性指標(biāo)緩和曲線長度 /m第16頁/共56頁17v 輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（1）線路平縱斷面適應(yīng)性分析w 縱斷面變坡點設(shè)計第17頁/共56頁18 速度：速度：250km/h250km/h應(yīng)嚴(yán)格控制12.5m波長范圍的線路不平順幅值 速度：速度：300km/h300km/h應(yīng)嚴(yán)格控制13m波長范圍的線路不平順幅值0

6、246810-1.5-1.0-0.50.00.51.0減載率時間 /s0246810-1.5-1.0-0.50.00.51.0減載率時間 /s0246810-1.5-1.0-0.50.00.51.0減載率時間 /s145m2.545m12.5mv 輪軌及線路適應(yīng)性技術(shù)條件（2）線路不平順適應(yīng)性分析第18頁/共56頁1951015200.00.20.40.60.81.0減載率三角坑波長L /mm1012141618200.00.20.40.60.81.0減載率三角坑幅值A(chǔ) /mm三角坑的幅值（波長三角坑的幅值（波長12.5m） 15.7mm單一的高低諧波不平順（波長單一的高低諧波不平順（波長10

7、m）半峰值）半峰值12.2mm單一的水平諧波不平順（波長單一的水平諧波不平順（波長12.5m）半峰值）半峰值0.7第27頁/共56頁28v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系弓網(wǎng)基本參數(shù)弓網(wǎng)基本參數(shù)張力；吊弦布置；跨距；懸掛形式；材質(zhì)及截面形式等雙弓間距、弓頭懸掛剛度、質(zhì)量、阻尼；靜態(tài)抬升力等接觸網(wǎng)系統(tǒng)改造接觸網(wǎng)系統(tǒng)改造受電弓參數(shù)改造受電弓參數(shù)改造京津城際接觸網(wǎng)京津城際接觸網(wǎng)TSG19受電弓受電弓弓網(wǎng)優(yōu)化第28頁/共56頁29v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系雙弓間距雙弓間距弓間距并非越大越好弓間距并非越大越好弓間距弓間距250 m弓間距弓間距300 m048961441922402883

8、363844324805285766246727200100200300接觸力/N距離/m Front Rear048961441922402883363844324805285766246727200100200300接觸力/N距離/m Front Rear048961441922402883363844324805285766246727200100200300接觸力/N距離/m Front Rear048961441922402883363844324805285766246727200100200300接觸力/N距離/m Front Rear第29頁/共56頁30 Rear panto

9、graphSpace Front pantographCatenary雙弓間距雙弓間距501001502002503003502428323675 125 175 225 275 325 接觸力標(biāo)準(zhǔn)差 / N雙弓間距 / m 周期性v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系第30頁/共56頁31v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系前弓后方Lg處的受電弓波形前弓后方Lb處的受電弓波形接觸點處接觸線波形YX受電弓滑行受電弓滑行接觸線振動接觸線振動波峰位置波峰位置波谷位置波谷位置不利間距不利間距最佳間距最佳間距弓位于接觸線弓位于接觸線振動波的位置振動波的位置?雙弓間距雙弓間距波動相位協(xié)調(diào)第31頁/共5

10、6頁32v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系不利弓間距不利弓間距有利弓間距有利弓間距T1 T1 雙弓間距雙弓間距第32頁/共56頁33v 弓網(wǎng)適應(yīng)性技術(shù)條件w 弓網(wǎng)耦合關(guān)系最佳雙弓間距最佳雙弓間距速度速度(km.h-1)最佳雙弓間距最佳雙弓間距/mK=1K=2K=327094.33157.22220.11300104.82174.70244.57330115.30192.16269.03350122.29203.81285.33050100150200250300350400450500550600650700750050100150200250Contact Force / NDistan

11、ce / m 前弓 后弓第33頁/共56頁34v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性w溫度環(huán)境w雨雪環(huán)境w電磁環(huán)境w噪聲環(huán)境第34頁/共56頁35v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性頭車、中間車、發(fā)生不同程度的姿態(tài)變化，車間連接處出現(xiàn)錯位，此處出現(xiàn)較大的壓力梯度?？紤]姿態(tài)變化第35頁/共56頁36v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性姿態(tài)變化對氣動力的影響第36頁/共56頁37v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性列車運行速度列車運行速度 300km/h時，頭車輪對逆風(fēng)向偏移。時，頭車輪對逆風(fēng)向偏移。頭車第一輪對頭車第一輪對流固耦合仿真風(fēng)向第37頁/共56頁38v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性列

12、車運行安全域傾覆系數(shù)聯(lián)合評價安全域第38頁/共56頁39v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性第39頁/共56頁403. 高速列車外部接口技術(shù) 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件會車車體振動分析 頭車中間車尾車頭車尾車中間車第40頁/共56頁413. 高速列車外部接口技術(shù)通過仿真計算發(fā)現(xiàn)，交通過仿真計算發(fā)現(xiàn)，交會時，可使車體的橫向會時，可使車體的橫向加速度增加加速度增加2-5倍倍,嚴(yán)重嚴(yán)重時可增加時可增加10倍。倍。024681012-2-1012024681012-2-1012024681012-2-1012024681012-2-1012024681012-2-1012024681012-2-1012車體橫

13、向加速度(m/s2)車體橫向加速度(m/s2) (c)尾車(b)中間車車體橫向加速度(m/s2)(a)頭車不考慮空氣動力 考慮空氣動力考慮空氣動力不考慮空氣動力考慮空氣動力不考慮空氣動力 運行時間(s)運行時間(s)運行時間(s) 運行時間(s) 運行時間(s) 運行時間(s)v環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件會車車體振動分析第41頁/共56頁423. 高速列車外部接口技術(shù)頭車、中間車和尾車的脫軌系數(shù)分別增加42.15%，37.40%和47.06% 頭車中間車尾車不考慮空氣動力學(xué)0.1210.1230.119考慮空氣動力學(xué)0.1720.1690.175 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件會車車體振動分析會車脫軌安全性分析會

14、車脫軌安全性分析第42頁/共56頁433. 高速列車外部接口技術(shù)012345678-0.020-0.018-0.016-0.014-0.012-0.010-0.008-0.006-0.004-0.0020.0000.0020.0040.006 前監(jiān)測點 后監(jiān)測點尾車監(jiān)測點的橫向位移y/m時間t/s0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5-7000-6000-5000-4000-3000-2000-10000100020003000400050006000 頭車 中間車 尾車橫向氣動力Fy/N運行時間t/s50mm70mmv環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件站臺通過振動分析氣動吸進(jìn)氣動吸進(jìn)1

15、8mm第43頁/共56頁44v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 橫風(fēng)安全性w 頭型和轉(zhuǎn)向架設(shè)計第44頁/共56頁45v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w橫風(fēng)安全性w溫度環(huán)境w雨雪環(huán)境w電磁環(huán)境w 噪聲環(huán)境第45頁/共56頁463. 高速列車外部接口技術(shù) 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件 噪聲 歐盟高速鐵路噪聲輻射限值/dB適用范圍運營速度/(km/h)250300320新設(shè)計889293既有設(shè)計909394建議值868990UIC規(guī)定的高速鐵道車輛車內(nèi)噪聲限值最高運行速度/kmh-1明線區(qū)間運行/dB隧道內(nèi)運行/dB客室中央通過臺風(fēng)擋客室中央通過臺風(fēng)擋300688082758587250657580738285靜止556060-

16、第46頁/共56頁47v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 噪聲第47頁/共56頁483. 高速列車外部接口技術(shù)運行速度: 350km/h5010kHz 全頻段小大車間端門車頭端門車內(nèi)過道球形陣列位置：中間車客室轉(zhuǎn)向架上方到站顯示裝置安裝位置門縫泄露聲輪軌結(jié)構(gòu)傳遞聲輔助設(shè)備噪聲透射聲第48頁/共56頁49v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 噪聲高速鐵路車外噪聲譜特性高速鐵路車外噪聲譜特性高速列車聲源識別高速列車聲源識別第49頁/共56頁50v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 噪聲第50頁/共56頁51v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 噪聲第51頁/共56頁52v 環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)條件w 噪聲車內(nèi)車內(nèi) 轉(zhuǎn)向架上方車內(nèi)轉(zhuǎn)向架上方車內(nèi) 客室中央車內(nèi)客室中央車內(nèi)顯著的低頻特性