基于几何与动力学参数的山区线路地铁车辆轮轨磨耗控制研究

【摘要】：地铁车辆轮轨磨耗会使轮轨接触关系发生变化,引起车辆系统动力响应的改变,直接影响地铁车辆的运行安全性,平稳性,稳定性以及运营成本。在山区线路条件下,由于线路等级低、沿途坡度大、曲线半径小、弯道多等原因,轮轨磨耗的问题更为突出。 本研究以减小轮轨磨耗,延长轮轨使用寿命为目的,基于几何与动力学参数对山区线路运行条件下的地铁车辆轮轨磨耗控制进行了深入研究,主要研究内容及创新点如下： 1)基于轮轨磨耗理论和车辆系统动力学理论,运用SIMPACK软件建立地铁车辆系统动力学模型,并对地铁车辆动力学性能和轮轨磨耗进行仿真模拟分析； 2)参照《地铁设计规范》建立了不同的轨道线路动力学模型,分析计算了轨道参数(包括曲线半径、超高、缓和曲线、轨距、轨底坡、轨道润滑)分别对轮轨磨耗的影响规律,并据此提出山区线路条件下的减磨措施； 3)研究了车辆系统参数(包括车辆几何参数和动力学参数)等对轮轨磨耗的影响规律,发现车辆系统参数的合理设置可以有效控制轮轨磨耗,且几何参数对轮轨磨耗影响较大； 4)利用modeFRONTIER软件建立了以车辆动力学参数为优化变量,以磨耗功、轮轨横向力和轮对冲角为磨耗目标,以临界失稳速度、脱轨系数、轮重减载率等动力学性能为约束条件的多目标优化模型,打破了传统优化方法,实现多参数多目标优化,提高了优化精度。 5)首次实现了modeFRONTIER和SIMPACK的联合仿真,实现了设计参数和目标参数在两个软件间的数据传递,并成功应用于地铁车辆动力学参数优化。根据遗传算法得到车辆动力学参数合理的取值区间,实现了轮轨磨耗的有效控制。