车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究

车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究车轮不圆度对车辆行驶性能影响的研究：本科毕业设计（论文）车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究毕业设计(论文)院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化（车辆工程）年级姓名题目车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日毕业设计(论文)毕业设计（论文）任务书班级城轨车车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究本文内容：本科毕业设计（论文）车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究毕业设计(论文)院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化（车辆工程）年级姓名题目车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日毕业设计(论文)毕业设计（论文）任务书班级城轨车辆工程一班学生姓名学号发题日期：年月日完成日期：月日题目车轮非圆化对车辆运行性能的影响研究1、本论文的目的、意义车轮非圆化将引起车辆在运行过程中比较大的变化，从而对乘客舒适性、行车稳定性和安全性、包括在运行过程中车辆和轨道的各个部件使用寿命都有很大的影响，例如加剧轮轨间磨损，车轮凹坑形侧磨等等。这不仅影响轮轨服役时间，严重的情况可能引发脱轨。因此，进一步分析车轮非圆化引起的原因以及研究其对轮对服役性能的影响具有重要意义。本文通过对车轮非圆化引起原因的展开讨论，进行对某型高速动车建模分析计算及仿真，研究车轮非圆化对轮对服役性能的影响，进而分析研究其对车辆动力学性能的影响。2、学生应完成的任务（1）查阅资料，了解车轮非圆化对车辆运行性能的影响以及国内外研究现状；（2）分析车轮非圆化对车辆运行性能的影响以及形成原因，并且拟定分析方案；（3）查阅相关车辆数据，熟练掌握SIMPACK软件，并用其建立高速动车模型；（4利用SIMPACK和MATLAB软件对模型进行性能的联合分析以及参数优化；（5）完成相关外文翻译以及撰写论文工作。毕业设计(论文)3、论文各部分内容及时间分配：（共16周）第一部分查阅资料了解车轮非圆化对车辆运行性能的影响和研究现状等(2周)第二部分熟练掌握相关建模分析软件，并完成相关外文翻译工作(4周)第三部分运用SIMPACK完成某型高速动车的建模和修改(3周)第四部分对所建客车模型进行动力学特性分析并且完成参数优化(3周)第五部分撰写论文并完成修改和整合工作(2周)评阅及答辩(2周)备注指导教师：年月日审批人：年月日本科毕业设计摘要高速列车车轮非圆化对车辆系统的动力学特性具有较大影响。为了研究其对车辆系统的动力特性的影响程度,可以利用多体系统动力学软件SIMPACK建立一个某高速动车组车辆系统动力学模型,进而分析其不同工况下的稳定性、平稳性及安全性指标和研究车轮非圆化现象对列车运行过程中的影响。运用多体系统动力学软件SIMPACK仿真分析和MATLAB软件,联合计算分析该型号高速列车车轮非圆化形态对轮轨行为的影响。通过仿真，可以发现车轮非圆化对轮轨横向、垂向动力学特性的影响，从而影响了车辆运行的稳定性及安全性。本论文针对某型高速列车车轮非圆化现象进行分析和研究。通过多体系统动力学软件SIMPACK的建模仿真，讨论研究车轮非圆化现象对车辆系统的动力学特性的影响，以及在得到分析结果的同时，进一步讨论如何较好地改善车轮非圆化，从而提高车辆运行的稳定性和安全性。假定只有车轮圆周方向的圆度发生改变，来研究车轮非圆化对高速车辆动力学性能的影响。结果表明：车轮非圆化对车辆运行过程中的轮轨力、横向和纵向蠕滑力以及车轮磨耗功等都有影响,增大车体振动，从而影响了乘车舒适性。关键词：车轮非圆化；SIMPACK；平稳性；安全性；高速列车本科毕业设计AbstractThestatusofout-of-roundhigh-speedwheelscanseriouslyinfluencethedynamicbehaviorsofrailwayvehicles.Tostudytheextentofinfluenceonthedynamicbehaviorsofrailwayvehicles,wecanbuildadynamicmodelofacertainEMUusingthecommercialcodeSIMPACKtodevelopeadynamicmodelforahigh-speedvehicle,toanalyzethestability,ridequalityandsafetyindexunderdifferentconditionsandtostudytheinfluencethestatusofout-of-roundhigh-speedwheelshasonthedynamicbehaviorsofrailwayvehicles.UsingthecommercialcodeSIMPACKtoanalyzewithMATLAB,wecancalculateandanalyzetheinfluencesofthestatusoftheout-of-roundhigh-speedwheelsonthedynamicalbehaviorofthewheels/rails.Theanalyzeddynamicalbehaviorofthewheelsshowusthattheout-of-roundhasagreatinfluenceonthelateralandverticaldynamicperformancesofthewheels,whichaffectsthedynamiccharacteristicsandrunningperformanceofvehiclesystems.Thepurposeofthispaperistostudyandthestatusofout-of-roundhigh-speedwheels.Adynamicmodelforahigh-speedvehicleisbuiltandanalyzedbyhecommercialcodeSIMPACK,todiscusstheinfluencethestatusofout-of-roundhigh-speedwheelshasonthedynamicbehaviorsofrailwayvehicles.Atthesametime,wecandiscussthesolutiontothestatusofout-of-roundhigh-speedwheelsfurther.Ofcourse,thegooddynamiccharacteristicsandrunningperformanceofvehiclesystemswillbeensured.Itisassumedthatwheelsofout-of-roundnesschanges,toanalyzethestatusofout-of-roundhigh-speedwheels.Theresultshowsthatwheelsofout-of-roundnesshasaninfluenceonthewheel/railforce,thelateralandlongitudinalcreepforceandwheelwear,whichwillincreasethevibrationofcarbodyandaffectoftheridecomfort.keywords：Out-of-roundhigh-speedwheels;SIMPACK;Ridequality;Safety;High-speedtrain西南交通大学本科毕业设计(论文)第页目录第1章绪论11.1研究目的及意义11.2车轮非圆化国内外研究现状21.2.1车轮非圆化国内研究现状21.2.2车轮非圆化国外研究现状41.3本文主要研究内容5第2章某型高速动车动力学建模72.1SIMPACK软件简介72.2高速动车结构概述及其技术参数72.2.1高速动车转向架整体结构概述72.2.2高速动车主要技术参数82.3车辆系统动力学理论模型92.4多体系统车辆动力学建模的原则与方法92.4.1多体系统车辆动力学建模的基本原则102.4.2多体系统车辆动力学建模的基本方法102.5基于SIMPACK的高速动车动力学建模112.5.1车辆建模基本假设112.5.2利用SIMPACK建立车辆动力学模型112.6本章小结13第3章车轮非圆化对车辆运行性能影响133.1车辆动力学性能评定方法133.1.1车辆运行稳定性的评价指标133.1.2车辆运行平稳性评价指标173.2轨道不平顺的处理183.3直线上平稳性分析及曲线通过性能分析203.3.1车辆直线运行平稳性分析203.3.2车辆曲线通过性能分析203.4非圆化对车辆动力学性能影响分析223.5本章小结30第4章总结与展望30西南交通大学本科毕业设计(论文)第页4.1结论304.2展望31致谢31参考文献32毕业设计(论文)第1章绪论1.1研究目的及意义交通一直是人们解决经济发展和提高自身生活质量的重要因素。而铁路已经成为交通运输的主要方式，对社会经济的发展具有着十分重要的意义[1]。在1825年，世界上首条铁路诞生了，从那个时候起铁道机车经历了由蒸汽、内燃、电力到动力的演变，因此这种运输以其运输安全、运量大、快速、节能、方便的优势，在所有的交通运输业历史中占据地位是极其重要的。尤其在1964年，高速铁路在一些经济发展和科学技术比较发达国家逐渐发展和建立。自1997年以来的十几年间，我国铁路经历了总共7次大提速的快速发展，并且预计到2020年，铁路总长将会到达12万千米，还有铁路客运专线将会达到1.6万千米，城市轨道交通也会达到4000公里左右。同时，随着各个城市的规模渐渐扩大，城市人口越来越变得密集，还有很多地方积极建设和发展卫星城，就有必要积极发展一种交通系统，该系统围绕城市轨道交通进行建设，用来缓解目前日益繁忙的城市交通[2]。车轮非圆化现象是一个非常繁杂的过程。如果车轮磨耗机理不同，就会引起不同的车轮损坏现象[3]。很多因素，例如车辆轨道结构、曲线半径、轮轨间的动力行为、车辆运行速度等，都能够影响车轮非圆化现象。车轮非圆化主要由两种形式组成，包括车轮整个圆周非圆化以及车轮局部非圆化[4]，这些变化主要集中在下面几种[5]：①局部缺陷：是车轮踏面局部出现的缺陷，沿着车轮径向方向，非匀质材料特性、材料的塑性变形等都可能引起这种缺陷。②扁疤：是由车轮在轨道上以滑行的方式运行，而没有滚动运行的情况。制动闸没有调整好、制动与可利用的轮轨摩擦力相比较大、轮轨粘力偶然变都可能引起这种滑行。③剥落：是一种滚动接触疲劳现象，这种现象是因为从踏面上脱落下来的东西或者材质在车轮热裂纹汇合。④脱落：一般出现在裂纹产生的次表面上。形成这种车轮在滚动过车中出现的接触性疲劳的主要原因是踏面过大的轮轨垂向接触力。⑤踏面突起：有两种原因造成了这种较为严重的情况，一是不合理的制动，毕业设计(论文)二是列车处在手制动的状态。⑥轮轮变形和周期不圆：在轮对轴制动车轮多边形检测。国内外学者普遍认为，轮对整体的横向运动和轮轴扭转振动影响着车轮多边形化。总之，砂轮磨损可分为均匀磨损和不均匀磨损两种[6]。1.2车轮非圆化国内外研究现状到目前为止，车轮的磨损特性的模拟研究主要围绕非圆轮的研究，很少有人研究的定量影响研究非圆化[7]。踏面磨耗过大使车轮报废。若磨耗过大的车轮没有及时更换，还有可能使运行中的机车或车辆发生脱轨事故[8]。1.2.1车轮非圆化国内研究现状随着我国经济持续高速发展，列车提速、轴重增大、运输任务加重引起了我国铁路一些区段特别是提速线路的车轮伤损现象，这种不同程度的损伤，包括胎面磨损，剥落，开裂，接触疲劳裂纹，轮缘磨耗等[9]。郑郑伟生根据中国车轮擦伤，分层的具体情况，分析了存在的问题及原因探讨，车轮磨损形貌和剥离和实验研究进展等，将这种车轮擦伤、剥离分为三种：①严重滑行带来的擦伤深度远大于1mm，长度一般在50m