高速列車-道岔系統(tǒng)動力學(xué)建模與耦合作用分析.pdf

1、道岔是鐵路軌道的重要組成部分,也是決定行車速度和安全的主要因素。長期以來,由于列車都是以較低的速度通過道岔,列車與道岔間的耦合作用力并不明顯。隨著鐵路的高速化運營,列車與道岔系統(tǒng)之間的動力學(xué)作用也越來越強烈,由此將道岔和車輛作為一個大系統(tǒng),并對該系統(tǒng)動力學(xué)的一般規(guī)律加以詳細的研究,以期能改善整個系統(tǒng)的耦合振動情況,提高列車的過岔速度。
　　本文以多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件 UM(Universal Mechanism)為建模仿真平臺,其建

2、模與求解一般包括幾何模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型及分析結(jié)果四個部分。考慮橫向、垂向、側(cè)滾、搖頭、點頭五個自由度,將車輛的動力學(xué)模型簡化為一個車體、兩個構(gòu)架、四個輪對組成的多剛體系統(tǒng)。在道岔的簡化過程中,將基本軌簡化為雙向可彎的等截面歐拉梁,將尖軌、心軌簡化為雙向可彎的變截面歐拉梁,尖軌與基本軌、心軌與翼軌的密貼部分被視為鋼軌。給出車輛子系統(tǒng)和道岔子系統(tǒng)的振動方程,作為UM建模中的數(shù)學(xué)模型。
　　在建立軌道的幾何模型過程中,在AutoC

3、AD中建立60kg/m軌18號可動心軌式單開道岔的截面形狀,并提取每一個鋼軌截面的坐標,將坐標值導(dǎo)入UM中,通過插值生成平滑的軌道模型,再導(dǎo)入慣性矩、彈性模量和單位長度質(zhì)量,得到軌道的物理模型。根據(jù)車體、構(gòu)架、輪對的幾何參數(shù),通過 marker點確定每個剛體的空間位置,用力元將剛體連接,再導(dǎo)入剛體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、力元剛度以及阻尼,利用UM中三維建模功能建立車輛的幾何模型。結(jié)合所給出的數(shù)學(xué)模型,在 UM中生成車輛-道岔系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模

4、型。以輪軌力作為仿真結(jié)果的驗證標準,所得輪軌力的仿真結(jié)果與現(xiàn)有文獻中輪軌力的波形基本吻合,驗證了所建立耦合動力學(xué)模型的正確性。最后在UM中,以車輛-道岔系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型為目標對象,通過 UM中自帶求解器的計算,仿真車輛分別以直逆向350km/h和側(cè)逆向80km/h的速度通過道岔,對這兩種工況下車輛及其部件的振動加速度、位移、脫軌系數(shù),以及軌道的振動加速度、位移等參數(shù)進行了分析,提取出列車過岔過程中最惡劣工況下的動力學(xué)參數(shù),并通過仿真