一种地铁转向架的多柔体动力学建模方法研究

王胜泽; 唐华平; 李云召; 姜永正

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20180101

一种地铁转向架的多柔体动力学建模方法研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180101

1.
中南大学机电工程学院, 长沙 410083
2.
中车株洲电力机车有限公司, 湖南株洲 412000
3.
湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湖南湘潭 411201

基金项目:

中国南车股份有限公司科技计划项目 2011NCK020

详细信息

作者简介:
王胜泽(1991-), 硕士研究生, 研究方向为多体动力学及疲劳强度分析, 1241095712@qq.com

通讯作者:
唐华平, 教授, 博士生导师, huapingt@csu.edu.cn

中图分类号: U264.8
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出版历程
- 收稿日期: 2017-01-11
- 刊出日期: 2019-01-05

Modeling of Multi Flexible Body Dynamics for Metro Bogie

1.
College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China
2.
CRRC Zhuzhou Locomotive Co., Ltd., Hunan Zhuzhou 412000, China
3.
Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment, Hunan University of Science and Technology, Hunan Xiangtan 411201, China

摘要

摘要: 为更加系统真实的研究地铁转向架动力学性能，从多柔体动力学角度出发，以某B型转向架为例，建立了包含转向架、车体及轨道的多柔性动力学模型，研究了全新的非线性空气弹簧动力学模型建立方法和部件间运动耦合定义方法，使用轮轴转速驱动和轮轨接触方式进行速度加载，采用显示动力学计算方法，得到动态运行下平稳性指标和动应力并与实验进行对比，结果表明：实验与仿真结果基本一致，该建模方法准确可靠，能为转向架动力学研究提供是一种新的思路。
- 地铁转向架 /
- 多柔体动力学 /
- 建模方法 /
- 平稳性 /
- 动应力
Abstract: In order to study the dynamics performance of the metro bogie system more systematically and realistically, a multi-flexible dynamic model for Metro bogie, body and track based on the multi-body dynamics was established taking a B-type bogie as an example. The specific contents included the new non-linear air spring dynamics model and the coupling motion method among components, in which the model was loaded by wheel speed drive and wheel-rail contact so as to be more consistent with the reality. With the display dynamics method, the stability index and the dynamic stress under dynamic operation were obtained and compared with the experimental results. The results show that the experimental results are in a good agreement with the simulated. The present modeling is accurate and reliable, which can provide a new idea for studying bogie dynamics.
- metro bogie /
- multi flexible body dynamics /
- modeling /
- stability /
- dynamic stress

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图 1 转向架实体模型图

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图 2 空气弹簧内部结构图

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图 3 转向架有限元模型

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图 4 单节车厢整车有限元模型

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图 5 轮轨接触图

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图 6 加载曲线图

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图 7 垂向振动加速度时间历程

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图 8 横向振动加速度时间历程

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图 9 垂向振动频率曲线

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图 10 横向振动频率曲线

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图 11 转向架构架整体云图

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图 12 关键点位置示意图

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图 13 6个关键点动应力曲线图

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图 14 应变测量法的组桥方法

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表 1 部件间连接方式

部位名称	Ls-dyna连接方式
车轮-车轴	EXTRA_NODE(固定)
车轴-轴箱	REVOLUTE(转动副)
轴箱转臂节点-轴箱座	CONTACT(接触)
轴箱-一系减震器-构架	SPHERICAL(球副)
二系减震器-构架	SPHERICAL(球副)
空气弹簧-二系减震器	SPHERICAL(球副)
空气弹簧-构架	RIGID(固定)
空气弹簧-车体	EXTRA_NODE(固定)
牵引拉杆-构架	REVOLUTE(转动副)

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表 2 频率修正函数

方向	频率范围f/Hz	修正函数F(f)
	0.5~5.9	0.325f²
垂向	5.9~20	400/f²
	20	1
	0.5~5.4	0.325f ²
横向	5.4~26	650/f²
	>26	1

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表 3 轨道客车平稳性评定标准

平稳性等级	评定	平稳性指标W
1级	优	< 2.5
2级	良好	2.5~2.75
3级	合格	2.75~3.0

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表 4 转向架平稳性系数

		加速度/(m·s^-2)	平稳性W
垂向	最大	0.774	2.36
	平均	0.423	1.97
横向	最大	1.097	2.31
	平均	0.419	1.94

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表 5 动应力测试设备

序号	规格型号	精度/%
1	imc busDAQ-X-ET+DCB8	0.1
2	imc CRSL-4-MTC124645	0.1
3	imc C1-MTC-ET123828	0.1

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表 6 加速度试验结果及与仿真结果的对比

(m·s^-2)
方向	试验结果		仿真结果		误差
方向	平均	最大	平均	最大	平均	最大
垂向	0.39	0.69	0.423	0.774	8.46%	12.17%
横向	0.39	0.98	0.417	1.097	7.43%	11.9%

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表 7 转向架仿真与试验最大应力对比

测点	仿真最大应力/MPa	试验最大应力/MPa	误差/%
测点1	36.5	32.4	12.6
测点2	96.7	94.7	2.1
测点3	135.8	125.6	8.1
测点4	83.6	79.8	4.7
测点5	85.7	78.1	9.4
测点6	29.6	26.2	12.9

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