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1、 工 程 碩 士 學 位 論 文 鐵道車輛動力學特性分析 鐵道車輛動力學特性分析 Analysis of Dynamic Characteristics for Railway Vehicle System 作 者 姓 名： 路兵 工 程 領 域： 車輛工程 學 號： 06130087 校 內 導 師： 丁旺才

2、 企 業(yè) 導 師： 王志文 完 成 日 期： 2016.5 蘭 州 交 通 大 學 Lanzhou Jiaotong University 蘭州交通大學工程碩士論文 - I - 摘 要 近些年來，車輛行駛速度不斷提高，車輛各部件及輪軌間動態(tài)作用力加劇，由此引起的動力學問題更加顯著，因此開展對車輛動力學性能的研究顯得尤為重要。本文以高速車輛為研究對象，

3、對車輛穩(wěn)定性、 平穩(wěn)性及曲線通過性能進行了分析。 主要內容如下： 1.綜述了國內外高速列車的發(fā)展歷程以及列車動力學、車輛橫向穩(wěn)定性、分岔和車輛曲線通過等方面的研究現(xiàn)狀和研究成果，并闡述了本論文開展的主要工作。 2.對車輛穩(wěn)定性分析模型進行建模。分別對多剛體系統(tǒng)建模方法、輪軌蠕滑力、法向力、 輪緣力、 懸掛作用力的計算、 減振器簡化及時域仿真常用數(shù)值方法 （龍格庫塔法）進行詳細介紹。 3.建立 17 自由度的車輛橫向動力學模型，運用數(shù)值方

4、法得到車輛系統(tǒng)的 Hopf 分岔點及分岔后的周期解，從而得到系統(tǒng)的線性臨界速度和非線性臨界速度。系統(tǒng)運行速度超過臨界速度后運動形式復雜，包含單周期運動、兩周期運動、混沌運動及其它多周期運動。一系橫向和縱向剛度對系統(tǒng)非線性臨界速度的影響非常顯著，非線性臨界速度隨著剛度值的增大而增大，最后趨于不變。一系垂向剛度和一系垂向阻尼大小對系統(tǒng)的非線性臨界速度的影響很小。臨界速度值隨二系橫向和二系縱向剛度值的增大逐漸變大。二系橫向阻尼值對非線性臨界速

5、度影響大， 二系的垂向剛度和垂向阻尼則對其影響不大。4.利用多體動力學軟件 UM 建立了 50 個自由度的車輛動力學建模，得到該系統(tǒng)在直線軌道運行時的非線性臨界速度。轉臂節(jié)點的縱、橫及垂向剛度，抗蛇形減振器的接頭剛度及阻尼系數(shù)對系統(tǒng)的非線性臨界速度有很大的影響，而牽引拉桿的縱向、橫向及垂向剛度對非線性臨界速度幾乎沒有影響。 使該車輛模型以不同速度通過最小曲線半徑軌道，仿真結果表明，該車輛模型運行安全的且車輛平穩(wěn)性等級都達都到了優(yōu)。最后探

6、討了軌道線路參數(shù)變化對車輛動力學性能的影響規(guī)律。 5.視左右鋼軌均為剛體，建立了 56 個自由度的車輛-軌道耦合動力學模型，得到該車輛系統(tǒng)的非線性臨界速度。墊層的橫、垂向剛度和阻尼值的大小對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要影響。然后分析了本章所建車輛模型的曲線通過能力，得出該車輛模型以速度200~250km/h在最小曲線半徑為4500m的有激勵線路上運行是安全的且車輛運行平穩(wěn)性等級都達到了優(yōu)。 最后對比了在欠超高和過超高兩種工況下剛性鋼軌車輛模型和無