低地板车辆的踏面外形设计及动力学仿真.docx

收稿日期:2002-10-08

作者简介:沈钢(1963-,男，浙江余姚人，教授，工学博士，博士生导师.E-mail:elsg@sh163.net

低地板车辆的踏面外形设计及动力学仿真

沈钢1,顾江2

(1.同济大学沪西校区机车车辆工程系，上海200331;2.大连机车研究所,辽宁大连116021

摘要:针对一实际运行中的低地板面轻轨车辆及其轮轨磨耗问题,采用接触角反推法设计了优化的独立轮踏面外形,并建立了多车体的整列车动态仿真模型及基于SIMULINK的计算模块，分析了踏面外形及轮对内侧距对车辆动力学性能的影响.通过实际运用证明了用接触角设计方法获得的新踏面外形的有效性.在仿真计算模型中对带摩擦旁承的摇枕模型进行了改进，以利于数值处理速度和保证计算精度.关键词：轻轨车辆；踏面外形设计；动力学仿真计算

中图分类号:U260.11;TP391.9文献标识码:A文章编号:0253-374X(200310-1206-06

StudyofDynamicPerformancesofLowFloorTramcarwithModifiedWheelProfilesDesigned

ViaContac-tangle-curve(CACMethod

SHENGang1,GUJiang2

(1.DepartmentofLocomotiveandCarEngineering,TongjiUniversityWestCampus,Shanghai200331,China;

2.DalianResearchInstituteofLocomotives,Dalian116021,China

Abstract:AseriesofwheelprofilesarecreatedviaCAC(contactanglecurvemethodforapracticallowfloor

tramcarsufferingfromheavywheel/railwear.ValidationoftheseprofilesarealsoundertakenviacomputersimulationswithanonlineardynamicmodelbasedonSIMULINKforthetramcarconsistingofthreejointedcarbodiesandthreebogies.TheresultsshowbothoftheeffectivenessofCACmethodandtheupdatedmode-l

ingmethodforbolsterswithfrictionside-bearings.Keywords:light-rai-lvehicles;designofwheelprofile;dynamicssimulation

低地板面列车在城市轻轨交通中已有大量的运用，尤其在西欧国家[1],在我国则刚刚起步.人们在享受有轨交通带来的快捷低价的同时,车辆运行部门也正在承受着因传统转向架结构而带来的负担,尤其在轮轨磨耗及噪声方面[2]

.这种低地板面车辆往往都含有带独立轮的低地板面拖车转向架和带有传统刚性轮对的高地板面动力转向架.如图1所示.独立轮和刚性轮在较小半径的曲线上都会出现较大的轮缘磨耗和踏面磨耗,并且独立轮在直线上因无自导向能力,会出现贴靠一边的现象，因而其轮缘磨耗比刚性轮对更严重.比如法国巴黎的T1/T2线轻轨车每1.5?2.0万km就因轮缘磨耗到限而旋轮,这已经是在润滑良好的条件下的统计数据.图2所示为一用便携式轮踏面外形测量仪WRS2000[3]

实际测量的独立轮踏面轮缘磨耗接近限度时的轮廓曲线,可见踏面磨耗仅0.88mm,而轮缘磨耗已达5mm左右，限度为6mm.当然采用先进的润滑方式是有效的措施之一，但不能从理论上解决这一问题.关键问题是如何使独立轮转向架的设计更趋合理，传统转向架如何适应小半径曲线轨道.本文就其中的关键因素踏面外形,探讨了可能的优化设计方法和对铰接式低地板面轻轨车辆动力学性能的影响.

第31卷第10期2003年10月

同济大学学报

JOURNALOFTONGJIUNIVERSITYVol.31No.10Oct.2003

低地板面低地板面推车转向架高地耳高地板面动力转向架

低地板面

低地板面推车转向架

高地耳

高地板面动力转向架

图1铰接式部分低地