跨座式單軌車(chē)輛走行輪輪胎偏磨機(jī)理及控制方法研究.pdf

1、跨座式單軌交通作為新型的城市軌道交通制式，正在中國(guó)陸續(xù)推廣應(yīng)用?？缱絾诬壾?chē)輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)獨(dú)特，運(yùn)行線路曲率小、彎道多，車(chē)輛走行輪輪胎偏磨嚴(yán)重，輪胎更換頻繁，造成維修及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用大，迫切需要開(kāi)展走行輪輪胎偏磨機(jī)理及控制方法研究。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“跨座式單軌車(chē)輛走行輪輪胎偏磨機(jī)理及控制方法研究”（項(xiàng)目編號(hào):51475062），以降低跨座式單軌車(chē)輛走行輪輪胎偏磨為目標(biāo)，研究建立單軌車(chē)輛等效試驗(yàn)系統(tǒng);建立輪軌關(guān)系模型、單軌車(chē)輛空間耦合

2、動(dòng)力學(xué)模型;分析單軌車(chē)輛走行輪偏磨損力學(xué)成因，研究車(chē)輛參數(shù)對(duì)走行輪輪胎偏磨的影響及規(guī)律，揭示走行輪輪胎偏磨機(jī)理;構(gòu)建走行輪偏磨損因子模型和預(yù)測(cè)模型，形成較完善的走行輪偏磨損評(píng)價(jià)體系，研究車(chē)輛參數(shù)協(xié)調(diào)匹配關(guān)系，開(kāi)展單軌車(chē)輛走行輪輪胎偏磨損的控制方法研究。論文主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:
　　(1)分析跨座式單軌車(chē)輛走行機(jī)理，研究輪軌相互作用的等效理論，構(gòu)建單軌“車(chē)輛—軌道梁”相互動(dòng)態(tài)作用耦合試驗(yàn)系統(tǒng);研究利用多體動(dòng)力學(xué)和有限元分析方法建

3、立“車(chē)輛—軌道梁”仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。構(gòu)建物理試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)于一體的、虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充的單軌車(chē)輛走行輪偏磨研究試驗(yàn)系統(tǒng)，為后續(xù)分析、測(cè)試和驗(yàn)證單軌車(chē)輛走行輪輪胎偏磨機(jī)理及控制方法提供重要研究基礎(chǔ)和手段。
　　(2)分析跨座式單軌車(chē)輛空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于多體動(dòng)力學(xué)理論，建立空間域內(nèi)走行輪、導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪與軌道梁之間多向接觸的輪軌關(guān)系模型，研究走行輪輪胎力學(xué)模型，構(gòu)建跨座式單軌“車(chē)輛—輪胎—軌道梁”空間耦合動(dòng)力學(xué)模型;基于輪軌關(guān)系模型和動(dòng)力

4、學(xué)模型，研究走行輪、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪的受力形態(tài)，為走行輪輪胎偏磨機(jī)理及控制方法研究提供力學(xué)邊界。
　　(3)研究走行輪輪胎偏磨力學(xué)成因，建立單軌車(chē)輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型，揭示走行輪輪胎偏磨機(jī)理:單軌車(chē)輛曲線通過(guò)時(shí)，走行輪、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪的垂向力在橫向上的耦合作用使走行輪出現(xiàn)側(cè)傾與側(cè)偏狀態(tài)，致使走行輪胎面上的縱向、側(cè)向剪切力及相應(yīng)滑移量沿軸向分布不均，導(dǎo)致走行輪偏磨損發(fā)生;走行輪、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪的垂向力的橫向耦合作用程度影響輪軌接觸區(qū)剪切力

5、分布梯度和走行輪偏磨程度。利用多體動(dòng)力學(xué)和有限元相結(jié)合的研究方法，從宏觀和微觀兩個(gè)層面建立走行輪輪胎磨耗模型，提出走行輪偏磨損評(píng)價(jià)指標(biāo)，揭示單軌車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)走行輪偏磨損的影響規(guī)律，基于全局靈敏度分析法，利用蒙特卡洛估計(jì)開(kāi)展關(guān)鍵影響因素敏感性分析，研究影響走行輪偏磨損的主要因素。
　　(4)根據(jù)因子分析理論建立跨座式單軌車(chē)輛走行輪偏磨損因子模型，推導(dǎo)因子得分公式，提出快速預(yù)判給定單軌車(chē)輛設(shè)計(jì)方案下的走行輪偏磨損狀態(tài)的因

6、子得分方法，形成了評(píng)價(jià)走行輪偏磨損的綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)?；谥С窒蛄繖C(jī)非線性回歸算法理論，建立走行輪偏磨損因子預(yù)測(cè)模型。研究發(fā)現(xiàn)影響走行輪偏磨損的主因子依次為單軌車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)因子、走行輪系縱向與橫向動(dòng)力學(xué)參數(shù)因子、走行輪垂向剛度因子與空氣彈簧垂向剛度因子。建立的預(yù)測(cè)模型能以較高精度快速準(zhǔn)確預(yù)判單軌車(chē)輛走行輪的偏磨損狀態(tài)。
　　(5)以走行輪偏磨損控制為優(yōu)化目標(biāo)，基于改進(jìn)型遺傳算法，建立以單軌車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)為變量集、以走行輪偏