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高速列车空簧系统隔振动态特性研究

作　者: 杨飞
导　师: 池茂儒
学　校: 西南交通大学
专　业: 信息化制造工程
关键词: 空气弹簧 垂向力学模型 动刚度 阻尼比 支撑控制方式 曲线通过 高速动车组
分类号: U270.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


振动控制主要分为减振和隔振两个方面,而隔振则是装一些具有弹性及阻尼性能的隔振装置在振源与需要隔振的设备及仪器之间,以达到阻隔并减弱其振动能量的目的。空气弹簧则是一种应用非常广泛的隔振设备,其主要应用于铁路及公路等运载车辆的悬挂系统中。目前,我国的高速动车组及地铁车辆的转向架都采用空气弹簧悬挂系统作为二系悬挂装置。空气弹簧作为铁道车辆的关键的舒适性设备,其目前虽然在我国铁路车辆尤其是高速动车组上得到了非常广泛的应用,但在空气弹簧的参数选择及控制方式的应用上还有仍有许多技术问题。目前对装有空气弹簧的铁道车辆进行动力学分析时,一般将空气弹簧等效为简单的线性弹簧及线性阻尼的并联,其并不能反映空气弹簧本身固有的非线性特性,即其无法考虑空气弹簧的有效面积、连接管路长度、附加气室体积及节流孔直径等参数。由于无法反映空气弹簧依赖于频率及依赖于幅值的动态刚度及阻尼特征,因此其无法非常准确的反应空气弹簧参数对车辆动力学性能的影响规律。本文首先通过在SIMPACK中建立了单自由度的弹簧质量块模型对目前比较常用的三种模型(等效模型、线性模型、非线性模型)进行了比较,并与试验结果对比,得出三种常用空气弹簧计算模型的优缺点。继而通过建立采用非线性模型的单自由度质量块模型及车辆的半车模型对空气弹簧的各物理参数对空气弹簧系统隔振性能进行了研究。最后本文通过建立气囊本体、附加气室、节流孔、连接管路、高度控制阀及差压阀的力学方程并在MATLAB/SIMULINK里建立了空气弹簧垂向仿真模型,并在动力学软件SIMPACK里建立了某高速动车组的非线性动力学模型,并采用联合仿真技术将二者结合建立了带空气弹簧控制系统模型的车辆动力学模型。通过此模型讨论了高度阀的控制方式及空气弹簧参数对车辆动力学性能的影响。通过本文研究,对我国高速列车用空气弹簧悬挂系统的选择和设计具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 序言  10-20
  1.1 课题研究的意义  10-12
  1.2 国内外的空气弹簧的发展历程  12-18
    1.2.1 空气弹簧在国外轨道车辆上的应用  13-16
    1.2.2 空气弹簧在国内轨道车辆上的应用  16-18
  1.3 本文研究内容  18-19
  1.4 研究方法  19-20
第2章 空气弹簧悬挂系统特点、结构及工作原理  20-28
  2.1 空气弹簧悬挂系统的应用及特点  20-21
  2.2 空气弹簧悬挂系统的组成  21-27
    2.2.1 空气弹簧本体  21-22
    2.2.2 附加空气室  22-23
    2.2.3 节流孔  23
    2.2.4 高度阀  23-25
    2.2.5 差压阀  25-26
    2.2.6 车辆的抗侧滚装置  26-27
  2.3 小结  27-28
第3章 空气弹簧垂向力学模型  28-37
  3.1 空气弹簧等效模型  29-30
  3.2 空气弹簧线性模型  30-31
  3.3 空气弹簧非线性模型  31-33
    3.3.1 空气弹簧本体力学模型  31-32
    3.3.2 附加空气室及连接管路动力学模型  32-33
  3.4 三种空气弹簧垂向力学模型的对比  33-35
  3.5 小结  35-37
第4章 空气弹簧参数对其隔振性能的影响  37-64
  4.1 空气弹簧参数对空气弹簧隔振性能的影响  37-48
    4.1.1 节流孔直径对空气弹簧隔振性能的影响  39-41
    4.1.2 附加气室体积对空气弹簧隔振性能的影响  41-43
    4.1.3 气囊容积对空气弹簧隔振性能的影响  43-44
    4.1.4 连接管路长度对空气弹簧隔振性能的影响  44-46
    4.1.5 气囊有效面积对空气弹簧隔振性能的影响  46-48
  4.2 考虑空气弹簧系统的半车模型的建立  48-63
    4.2.1 空气弹簧气囊容积的影响  50-54
    4.2.2 空气弹簧附加气室容积的影响  54-58
    4.2.3 空气弹簧节流孔直径的影响  58-63
  4.3 小结  63-64
第5章 空气弹簧系统对车辆系统动力学性能影响  64-94
  5.1 仿真模型的建立  64-68
    5.1.1 车辆系统的动力学模型的建立  64-66
    5.1.2 基于SIMULINK的空气弹簧的垂向仿真模型  66-68
  5.2 三种模型对车辆动力学性能的影响  68-72
    5.2.1 车辆运行平稳性  68-70
    5.2.2 车辆安全通过性能  70-72
  5.3 空气弹簧支撑模式对车辆动力学性能的影响  72-78
    5.3.1 车辆运行平稳性  73-75
    5.3.2 车辆运行安全通过性能  75-78
  5.4 空气弹簧参数对车辆动力学性能的影响  78-92
    5.4.1 车辆运行平稳性  78-83
    5.4.2 车辆运行安全通过性能  83-92
  5.5 小结  92-94
结论与展望  94-97
致谢  97-98
参考文献  98-101
攻读硕士学位期间发表的论文  101

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 车辆工程 > 一般性问题 > 车体构造及设备
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