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动车组参数灵敏度分析及参数优化

沈文林  
【摘要】:转向架技术从根本上制约着动车组速度的提升,决定了动车组运行品质和安全可靠性。转向架的动力学性能是由转向架结构参数和悬挂参数决定的,在结构参数确定之后,悬挂参数就决定了整个动车组的动力学性能,因此高速转向架设计的核心就是悬挂参数的优化设计。 在动车组的优化设计中,会发现某些悬挂参数对动车组的动力学性能相当敏感,对动力学指标的影响很大,而有些参数不敏感,如果能将设计参数分为敏感设计参数和不敏感设计参数,在进行动力学性能优化设计时,专门针对敏感的设计参数进行优化,忽视不敏感参数,这将大大提高动车组优化设计的效率并避免优化设计中可能造成的误收敛。此外,进行参数灵敏度分析是系统稳健性优化设计的要求。 本文采用基于正交试验的参数灵敏度分析方法,运用组合数学理论建立正交表,计算某动车组的动力学性能对转向架悬挂参数的灵敏度,定量确定了转向架悬挂参数对该动车组动力学性能的影响程度。研究结果表明:对安全性最敏感的悬挂参数是一系纵向定位刚度和抗蛇行减振器阻尼,当转向架悬挂参数在基准点附近变化±15%时,安全性指标变化约为5-7%;对横向平稳性影响最明显的是二系横向刚度和横向减振器阻尼,对垂向平稳性影响最大的是二系垂向刚度和二系垂向阻尼,当这些参数在基准点附近变化±15%时,平稳性指标变化约为1%。通过灵敏度分析,基本确定了对动力学性能影响大的参数。在优化时,就可以专门选取敏感设计参数对动车组性能进行优化设计。 提高动车组的动力学性能是一个多参数、多目标、多约束的非线性优化问题,选取合适的优化方法进行优化,能有效提高动力学性能。本文提出了采用基于改进的小生境遗传算法,以新车轮踏面和三级修踏面时的动力学性能为目标函数,对动车组进行了多参数多目标优化设计。研究结果表明:通过该算法优化的动车组在采用新车轮时的临界速度为600km/h,相比优化前的速度提高32%;采用三级修车轮时的临界速度为465km/h;提高了12%;且在临界速度提高的情况下,还保证了动车组运行的安全性和良好的平稳性,实现了悬挂参数问的合理匹配。最后,将稳健性设计概念应用到车辆优化设计中,优化后的动力学性能不仅最优,且参数对性能的灵敏度最低。


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