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基于ADAMS的悬挂式单轨车辆悬挂参数优化和侧风影响研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 论文的选题背景

1.2 悬挂式单轨交通系统的发展概况

1.2.1 双轮缘型

1.2.2 SAFEGE型

1.2.3 工字梁悬挂型

1.3 悬挂式单轨车辆研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 论文的主要工作

第2章 转向架驱动装置结构方案设计

2.1 悬挂式单轨转向架总体方案概述

2.1.1 确定转向架总体方案

2.1.2 转向架载荷传递分析和结构特点

2.2 主要部件结构方案

2.2.1 构架

2.2.2 走行轮和导向轮

2.2.3 悬吊装置

2.3 驱动装置方案设计

2.3.1 驱动装置结构原理

2.3.2 主减速器

2.3.3 差速器

2.3.4 刚性联轴节

2.4 主减速器中弧齿锥齿轮的强度校核

2.4.1 计算齿轮几何参数

2.4.2 齿轮强度校核

2.5 本章小结

第3章 基于ADAMS的车辆动力学仿真模型的建立

3.1 ADAMS多刚体动力学理论

3.2 悬挂式单轨车辆仿真模型的建立

3.2.1 分析车辆拓扑构型

3.2.2 建立车辆仿真模型

3.3 轮轨接触模型的建立

3.3.1 橡胶轮胎的模拟

3.3.2 轨道梁的模拟

3.3.3 轨道不平顺

3.4 二系悬挂系统的模拟

3.5 本章小结

第4章 悬挂式单轨车辆悬挂参数的优化

4.1 车辆动力学性能评价指标

4.1.1 车辆运行平稳性

4.1.2 走行轮轮重减载率

4.1.3 导向轮橡胶轮胎滚动半径

4.2 ADAMS仿真前的准备

4.2.1 设置仿真工况

4.2.2 选取测量点

4.3 通过曲线线路时转向架的受力分析

4.4 车辆主要悬挂参数的优化

4.4.1 走行轮径向刚度和阻尼的优化

4.4.2 导向轮径向刚度和阻尼的优化

4.4.3 空气弹簧垂向刚度和阻尼的优化

4.4.4 橡胶弹性元件轴向刚度的优化

4.4.5 横向减振器阻尼的优化

4.5 悬挂参数优化后车辆动力学性能预测

4.5.1 直线上不同速度下车辆运行平稳性

4.5.2 曲线上不同速度下车辆动力学性能

4.6 本章小结

第5章 侧风对单轨车辆动力学性能的影响

5.1 侧风风力计算和加载方法

5.2 直线上侧风对车辆动力学性能的影响

5.2.1 侧风风速对车辆运行平稳性的影响

5.2.2 侧风风速对导向轮径向力的影响

5.2.3 侧风风速对轮重减载率的影响

5.3 曲线上侧风对车辆动力学性能的影响

5.3.1 侧风风速对导向轮径向力的影响

5.3.2 侧风风速对轮重减载率的影响

5.4 常值侧风下曲线上车辆限速研究

5.4.1 不同车速对导向轮径向力的影响

5.4.2 不同车速对轮重减载率的影响

5.5 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

悬挂式单轨交通系统作为一种解决国内中小城市交通拥堵问题的新型客运轨道交通系统,具有造价低、工期短、线路规划快、仅占用城市道路上方空间和舒适安全等优点,近年来在国内引起了广泛关注。
  本文从单轨转向架技术发展路线的角度,介绍了国外悬挂式单轨交通系统的发展情况。根据国内中小城市的实际运量需求情况,选定日本改进的SAFEGE型千叶线单轨转向架作为研究对象。在分析其基本组成的基础上,利用CATIA软件建立转向架的三维模型,并着重设计了驱动装置。对悬挂式单轨车辆进行合理简化以得到其拓扑构型,利用ADAMS软件建立车辆的动力学仿真模型。参考GB5599-1985中相关动力学评价指标的建立方法,结合悬挂式单轨车辆的结构特点,提出了适用于悬挂式单轨车辆的动力学评价指标,并以此进行车辆悬挂参数的优化。利用优化后的悬挂参数,进行了侧风对悬挂式单轨车辆动力学性能影响的研究。经过悬挂式单轨转向架结构方案设计和动力学性能研究后得到以下结论:
  1.单轨转向架的驱动装置采用带差速器的齿轮箱有利于车辆通过小半径的曲线线路。设计的主减速器中主、从动弧齿锥齿轮满足齿根和齿面强度校核要求。
  2.根据所提出的悬挂式单轨车辆动力学评价指标,对车辆悬挂参数进行了优化,并对优化后的车辆进行动力学性能预测,结果表明:在空载和满载工况下,车辆行驶在直线型轨道梁或者曲线型轨道梁上时,各项动力学性能指标均满足设计要求,车辆表现出良好的动力学性能。
  3.侧风对悬挂式单轨车辆动力学性能影响较大,具体而言:在直线型轨道梁上,当车辆运行速度为80km/h,侧风风速小于35 m/s(12级风力)时,空载车辆和满载车辆均可以安全运行;但在曲线型轨道梁上,车辆速度达到52.8km/h,空载车辆可以安全行驶在25m/s(10级风力)风速以下环境中;满载车辆可以安全行驶在15m/s(7级风力)风速以下环境中。
  4.经过常值侧风下车辆通过曲线时的限制车速研究,建议当风速大于25m/s时,要求所有车辆停止运营;当风速在15~25m/s时,车辆限速40km/h以下、也可视具体情况停运;当风速小于15m/s时,车辆可正常运行。

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