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基于多参数仿真的铁路货车蛇形运动与分岔特性研究

王世俊  
【摘要】:首先,本文建立了具有8自由度的快速货车转向架系统模型,具有24自由度的三大件式转向架货车整车系统模型。在此基础上,结合车辆-轨道动力学的观点,应用非线性动力学的研究方法,在系统运动微分方程的基础上,应用4阶变步长的Runge-Kutta法进行数值积分。在研究过程中采用了,双参数分岔图、单参数分岔图、相图、映射图、时间历程图,研究了系统的分岔特性,系统参数对于系统的动态影响。在快速货车转向架的研究中,分别研究了直线轨道和曲线轨道两种轨道状况。在两种轨道状况下分别研究了新轮阶段和磨耗稳定阶段两种工况。在每种工况下首先研究了基准参数下的分岔特性,在低于临界速度运行时,系统会逐渐回到平衡位置,从而保持稳定的运行状态,当系统运行速度进一步提高,轮对和轨道发生碰撞运动,进入周期碰撞运动。在基础参数的研究中,发现一位轮对最能代表系统的运动特性,从而在双参数研究主要针对一位轮对展开研究。之后采用同时变化系统运动速度v和系统中某一关键参数的方法,即双参数分岔图,来研究系统参数对于系统的动态影响。这些关键参数包括,踏面斜率,新轮为λ = 0.056,磨耗稳定阶段为λ= 0.15,其他在双参数研究中重要参数为:一系纵向刚度K_(px);一系横向刚度K_(pK);二系刚度K_(sx)/K_(sy);轮轨间摩擦系数μ;曲线轨道半径R。在双参数分岔图的基础上,可以得出系统参数对于系统临界速度的影响,可以得到各运动状态的分布区域,从而实现参数优化,即使得快速货车转向架系统将简单的周期碰撞运动状态保持到较高的速度值。在三大件式转向架货车整车系统的研究中,系统存在大量的干摩擦减震元件,从而使得系统具有丰富的非线性特性,与此同时也会在数值模拟时出现巨大的运算量。由于双参数分岔图的原理实际是由众多的分岔图大数据筛选而来,故巨大的运算量使得此处要进行双参数分析变的很困难。本文中只研究基准参数下,新轮阶段和磨耗稳定阶段两种工况下的系统分岔特性,研究了低于临界速度时的稳定状态,研究了系统在通向混沌运动状态前的各运动状态,在三大件式转向架货车整车系统中,系统的分岔主要是通过擦边分岔的形式通向新的运动状态。其次,结合各别参数变化时对于分岔图的影响,来对系统参数对于系统运动特性的影响作出一定的分析和研究。


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