您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > (毕业论文)直接进行横向稳定性优化设计(可编辑)【大学毕业论文】
(毕业论文)直接进行横向稳定性优化设计基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计摘要IIAbstractIII第1章绪论111论文选题背景112用遗传算法优化车辆悬挂参数的意义113本文所做的工作1第2章车辆悬挂及车辆横向动力学的基本理论221机车悬挂装置222蠕滑2com2com423轮轨重力特性5com轮对重力刚度5com轮对重力角刚度624二轴转向架机车横向动力学7com概述7com走行部参数对横向稳定性的影响725轮对和转向架的蛇行运动8第3章动力学模型的建立931Simpack软件9comSimpack软件的介绍9com软件特点9com客车系统建模1032车辆系统的建模1133车辆参数1134建模基本假设1435利用仿真软件Simpack建立客车动力学模型15第4章动力学模型悬挂参数的优化2541遗传算法介绍25com法定义25com法特点25com法应用25com法现状2642ISIGHT软件27comGHT软件的介绍27com点2743运用Isight建立优化模型28com案28com程2844计算结果42结论43结束语44参考文献45文献翻译文献原文I基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计摘要针对铁路大发展对列车的舒适性稳定性要求越来越高人性化是当今社会各个生产领域都追求的目标怎样使列车即快又稳已经成了当务之急的问题而解决这一问题的关键之一就是优化悬挂系统本文采用了很多领域都有应用的优化方法遗传算法并将遗传算法与机车车辆横向动力学配合使用设计了一套适用于7个悬挂参数的优化方案然后通过Simpack软件建立动力学模型将其与优化软件Isight集成并通过Isight进行7参数优化得到了各参数在可行域内的最优解优化后的临界失稳速度有了明显提高这样就达到了使列车更快更稳的目的关键词遗传算法机车车辆动力学多参数优化II基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计AbstractForrailwaydevelopmenttotrainthecomfortofstabilityincreasinglydemandingHumanesocietytodayisallproductionareastheobjectivespursuedhowtomakethetrainthatisfastandsteadyhasbecomeapriorityissueThesolutiontothisproblemisoneofthekeystooptimizethesuspensionsystemInthispaperalotofareashaveappliedoptimizationmethods-geneticalgorithmandgeneticalgorithmsandrollingstockwiththeuseofhorizontaldynamicsdesignasetofsevenThisappliestooptimizetheparametersoftheprogrammeandthenthroughtheestablishmentofdynamicsoftwareSimpackModelitsintegrationandoptimizationsoftwareIsightandthroughIsightsevenparametersoptimizedhasbeenpossiblewithintheparametersintheoptimalsolutionAftertheoptimizationofthecriticalfailureratehasbeennoticeablyimprovedsothatthetrainreachedtheobjectiveoffasterandmorestableKeywordsgeneticalgorithmslocomotivesandrollingstockdynamicsmulti-parameteroptimizationIII基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计第1章绪论11论文选题背景机车车辆必须具有良好的横向动力学性能确保运动稳定和走行平稳以满足安全与舒适的需要因此设计中已大量使用优化方法来合理地选择悬挂参数以获得较高的临界速度和较弱的随机响应但是由于悬挂元件的多样性以及它们对横向动力学影响的复杂性常规的优化算法往往难于综合考虑多个参数和获得全局最优解遗传算法自产生30多年来在解决多参数及全局优化问题上已得到了成功的应用并且由于其算法简单和使用条件的开放性受到了人们的广泛关注12用遗传算法优化车辆悬挂参数的意义优化设计越来越成为现代设计的重要手段对复杂的机车车辆多刚体动力学系统进行多参数优化是合理选择悬挂参数的有效途径遗传算法因为其自身的高度适应性对于多参数寻优非常有效机车7参数优化结果证明使用遗传算法对机车车辆横向动力学多参数悬挂系统进行优化在提速列车性能改进或高速机车车辆的设计方面具有实用价值本文设计的优化方案不仅成功地实现了遗传算法对优胜劣汰自然法则的模拟遗传算法具有高度的鲁棒性能够同时搜索解空间的许多点避免了其他算法容易在局部最优解附近徘徊的缺点达到充分而快速的全局收敛同时由于使用条件的开放性使遗传算法能够使用于各类问题的优化求解13本文所做的工作1运用SIMPACK软件依据ManchesterBenchmarksforrailvehiclesimulation中的vehicle1建立车辆动力学系统模型2采用多学科优化软件iSight实现与SIMPACK的集成3应用遗传算法对车辆横向悬挂参数进行优化以提高车辆运行临界失稳速度1基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计第2章车辆悬挂及车辆横向动力学的基本理论21机车悬挂装置com水平悬挂现代机车设计时对一系的水平悬挂含纵向横向刚度及轮对摇头角刚度给予了很大关注因为它关系到机车直线运行的稳定性及曲线通过性能的好坏而这两者时相互矛盾的下面列出DF及SS型机车的轴箱纵向刚度k及横向刚度k数值供参考471x1yDF4k25kNmmk383kNmm三轴转向架轴距21800mm1x1ySSk16kNmmk772kNmm二轴转向架轴距2880mm71x1y此外对纵向刚度的选择除保证横向稳定性外还要考虑牵引力或制动力作用时轮对纵向位移不能太大因此虽然降低k有利于曲线通过但也受1x到限制在曲线上较低的k值使轮对易于占径向位置利于曲线通过1xcom水平悬挂现代机车二系水平悬挂的纵向刚度及横向刚度普遍较低目的是保证高速运行时横向稳定性及顺利通过曲线对于采用高圆簧加橡胶垫机构的二系悬挂由于橡胶的作用可以把二系纵向刚度k及横向刚度k设计得很低为了顺利2x2y通过小半径曲线一般将转向架的纵向刚度k形成回转刚度设计得低于横向刚2x度例如选取kk12左右2x2y22蠕滑com[1]蠕滑这个物理现象在任何两个相互滚动接触的弹性体之间是始终存在的当它们之间没有运动时蠕滑现象无法显示出来只是在两物体之间产生相对滚动时才产生了蠕滑效应轮轨之间的蠕滑是在一定条件下产生的蠕滑亦称轮轨接触斑金属表层的弹性滑动包含微量弹性变形和微量滑动是介于纯滚动和纯滑动之间的中间形式首先轮轨是弹性体如果车轮和钢轨均为绝对刚体那么它们在垂向荷载和粘着力的作用下不产生弹性变形也不会有切向变形因此车轮沿钢轨滚动时也不会产生轮轨表面材料的相对运动亦即不会产生蠕滑现象2基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计其次如轮轨虽为弹性体而轮轨之间没有正压力轮轨间不存在切向的粘着力和切向的变形轮轨间不会产生蠕滑现象因此轮轨之间有一定的正压力和车轮沿钢轨滚动缺少以上三个条件中的任何一个均不会出现蠕滑轮轨间有纵向牵引力作用下有纵向蠕滑同样轮对上有横向作用力时轮轨间出现横向蠕滑车轮蠕滑速度由实际行进速度与纯滚动速度V之差所确定1VVr110V实际行进速度1r车轮名义滚动圆半径0车轮绕车轴回转角速度20世纪初由英国的Caner提出了蠕滑力和蠕滑率之间的线性关系即车轮实际横向速度车轮纯滚动前进速度横向蠕滑率ξ21y车轮实际前进速度车轮实际速度车轮纯滚动前进速度纵向蠕滑率ξ22x车轮实际前进速度式21~式22中车轮实际横向速度是指轮轨在钢轨上运行时由于存在横向蠕滑作用而形成的车轮中心实际的横向速度车轮纯滚动横向速度是指车轮和钢轨之间没有任何蠕滑时车轮中心理论横向速度两者之差即为横向蠕滑速度车轮实际前进速度是指轮对在钢轨上运行时由于存在纵向蠕滑作用而形成的车轮中心实际的纵向速度车轮纯滚动前进速度是指车轮和钢轨之间没有任何蠕滑时车轮中心理论前进速度两者之差即为纵向蠕滑速度根据大量的理论分析和试验测试表明蠕滑力和蠕滑率存在一定的关系当蠕滑率较小时蠕滑力和蠕滑率之间是线性关系蠕滑率超过一定范围后蠕滑力和蠕滑率呈非线性关系当蠕滑率增大到一定程度时蠕滑就变成滑动了而蠕滑力就变成了滑动力用Kalker的线性理论计算锥形踏面轮对作蛇行运动时的蠕滑力蠕滑率由以下步骤求得对于左轮有左轮滚动半径rrλy10实际前进速度Vbψrωbψ0纯滚动前进速度ωrωrλy10实际横向速度y纯滚动横向速度rωψ03基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计横向蠕滑率ξyψylrω0bψλy纵向蠕滑率ξxlrωr00com具有弹性的钢质车轮在弹性钢轨上以一定速度滚动时就会在车轮与钢轨的接触面产生一种极为复杂的蠕滑现象同时在轮轨接触斑上产生纵向孀滑力横向蠕滑力及自旋蠕滑力力矩蠕滑力只有在蠕滑率很小的时候两者才呈非线性关系的在线性范围内蠕滑力和蠕滑率可以写成Ffξ其中f称为蠕滑系数横向蠕滑系数为f蠕滑系数Kalker线性蠕滑理论计算fEabC纵向蠕22220022滑系数为fEabC其中E为弹性模量ab为轮轨接触椭圆的长短轴C11001100为无因次的Kalker系数C的推倒过程较复杂在此不给出ii根据Kalker线性蠕滑理论通过式Ffξ可得对于左轮横向蠕滑力Ffyψyl22rω0bψλy纵向蠕滑力Ff0xl11rωr00对于右轮y横向蠕滑力Ffψyr22rω0bψλy纵向蠕滑力Ff0xr11rωr00Kalker线性蠕滑理论只适用于小蠕滑的情形轮轨接触面主要是由粘着区控制的情形对于轮轨接触面主要由滑动区控制的大蠕滑甚至完全滑动情况蠕滑力的线性关系将被打破蠕滑率的继续增大将不能使蠕滑力按比例增大最后趋于库仑滑动摩擦这一饱和极限为此用Johnson非线性蠕滑理论修正使蠕滑力的计算可以适应任何横向位移的情形采用沈氏理论进行如下修正将纵4基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计向蠕滑力F和横向蠕滑力F合成为xy22FFFRxyF1F21F3RRR当F≤3fN′R令FfNfN3fN27fNR当F3fNRfN式中f为轮轨间的摩擦系数F′FεF′引入修正系数εR则修正以后的蠕滑力为xxFRFεF′yy23232233轮轨重力特性采用磨耗形踏面时不能忽略重力刚度的效应这是因为轮对横向移动时左右轮与轨的接触角发生变化在横向铅垂面内轮轨间的法向作用力的方向有了变化因为轮荷重很大法向力作用方向的微量改变也能产生一种颇大的横向力阻止轮对横移向中央位置复原因轮对横移而产生的轨作用于轮对的该横向力通常称为复原力轮轨的重力特性包括轮轨重力刚度和重力角刚度重力特性对轮对的横向稳定性即蛇形运动会产生影响所以在计算轮轨力学时不可忽略com轮对重力刚度轮对横向移动时左右轮与钢轨的接触角发生变化在横向铅垂平面内轮轨间的法向作用力的方向有了变化因为轮荷重很大法向力作用方向的微量改变也能产生一种颇大的横向力阻止轮对横移向中央位置复原因轮对横移而产生的轨作用于轮对的横向力通常称为复原力如图所示横向复原力的大小与轮对横移量以及所受的载荷有关如果不计轮对上的动载荷悬挂变形和蠕滑力并略去高阶微量则钢轨作用于左右轮上的横向反力分别为WFtanδφLLW2WFtanδφR2RW23δδ式中W为分配在轮对上的重量LR为轮对中心横移量为y时左右轮的轮轨接触角φW为轮对中心横移量为y时轮对的滚角如图2-1所示轮对横移量为y时由于重力作用产生的横向复原力为5基于遗传算法的机车横向动力学参
本文标题:(毕业论文)直接进行横向稳定性优化设计(可编辑)【大学毕业论文】
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3045131 .html