纪佳馨,杨培杰,张维家:主动径向转向架动力学仿真及磨耗性能评价

文摘   科学   2024-10-21 15:48   湖南  
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研究亮点

为了探究地铁列车通过曲线时主动径向转向架对轮轨磨耗的影响,基于Simpack和Matlab/Simulink软件搭建主动径向车体动力学模型,通过轮轨横向力、轮对冲角、轮对横向位移以及脱轨系数等动力学仿真指标来评价车辆的曲线通过性及安全性,最后利用JENDEL磨耗模型来评价车辆过曲线时轮轨的磨耗性能研究成果为主动径向控制的有效性提供了依据。


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研究方案
2.1主动径向系统及磨耗性能评价指标

图1  轮对在曲线上的径向位置示意图

图2  主动径向作动器安装位置示意图

图3  主动径向系统控制流程图

图4  磨耗系数关系图

2.2联合仿真模型建立

图5  整车仿真模型及拓扑结构图

图6  联合仿真模型

图7  侧滚角速度、横向加速度仿真曲线

图8  曲线半径计算仿真模型


2.3仿真分析及性能评价


图9  作动器理论、滤波补偿后、滤波未补偿动作位移曲线

(a) 轮对冲角;(b) 磨耗数;(c) 轮轨横向力;(d) 轮对横向位移;(e) 脱轨系数;(f) 轮重减载率
图10  动力学仿真结果

(a) 内侧车轮;(b) 外侧车轮;(c) 内侧钢轨;(d) 外侧钢轨
图11  导向轮对主被动磨耗仿真结果

(a) 内侧车轮;(b) 外侧车轮;(c) 内侧钢轨;(d) 外侧钢轨
图12  从动轮对主被动磨耗仿真结果

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研究结论

1)利用侧滚角速度对滤波处理后的横向加速度信号进行实时补偿,补偿后作动器实际动作位移与理论动作位移相比只存在少许波动,在误差允许的范围内,因此利用侧滚角速度信号来实时补偿是合理的

2)当车辆通过曲线时,主动径向转向架与常规转向架相比,轮对冲角明显降低,最大值由4.5 mrad下降到1.2 mrad,降低了73.3%;轮轨横向力也显著降低,最大值由14.1 kN降至1.8 kN,下降了87.2%;轮轨之间的横向位移也从12.2 mm下降到8.5 mm,下降了30.3%;脱轨系数最大值由0.225降至0.05,基本在零值附近波动,车辆的曲线通过性和运行安全性得到了提高

3)与常规转向架相比,主径向转向架的轮轨磨耗位置从轮缘和钢轨侧面发展到车轮踏面和钢轨头顶面,磨耗位置更接近直线工况运行时轮轨的磨耗位置,延长了车轮镟修周期,增加了轮轨使用寿命

4)相同线路条件下,主动径向转向架与常规转向架相比明显降低了轮轨磨耗,且导向轮对降低得更为明显,导向轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低74.5%和75.9%,内侧车轮和轨道分别降低61.6%和61%,从动轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低39.2%和43.7%,内侧车轮和轨道分别降低41.5%和44.3%

5)主动径向转向架大大提高了车辆的曲线通过性和运行安全性,降低了轮轨磨耗,增加了轮轨使用寿命,具有良好的应用前景



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作者简介

通信作者纪佳馨,博士,中国石油大学(华东)机电工程学院副教授,从事全主动控制技术、微纳制造和表界面摩擦等方面的研究工作。邮箱:jijiaxin0226@163.com

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