考虑齿轮齿条动态激励的山地齿轨车辆-轨道耦合动力学特性分析

作     者：陈再刚 唐亮 杨吉忠 陈志辉 翟婉明 CHEN Zaigang;TANG Liang;YANG Jizhong;CHEN Zhihui;ZHAI Wanming

作者机构：西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司科研院成都610031 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第59卷第8期

页      面：163-173页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52022083,51735012) 四川省科技计划(2021YFG0065,2021YFG0211)资助项目 

主　　题：齿轨列车 齿轮齿条传动 动力学分析 时变啮合刚度 轴重转移 

摘      要：基于车辆-轨道耦合动力学及齿轮传动系统动力学理论,建立完整的考虑齿轮齿条动态啮合激励的齿轨车辆-轨道耦合动力学理论模型。提出了基于势能原理的齿轮齿条啮合刚度计算方法,并与Simpack自带的225号力元以及有限元法计算结果进行对比分析,表明提出的方法具有良好的精度与效率。基于该动力学模型,分析了轨道随机不平顺激扰下齿轮齿条动态啮合力、齿轮角加速度、轮轨垂向力、车体加速度等动态响应特性,探究了齿条基体挠度变形对齿轨动态响应的影响,揭示了线路坡度以及行车速度对齿轨车辆动力学性能的影响规律。研究结果表明,提出的解析法和有限元法均能反映齿条基体挠度变形对齿轨动态响应低频特性的影响;齿轮齿条啮合力、齿轮角加速度等齿轨啮合动态响应随线路坡度和行车速度的增加而增加;轮轨垂向力和横向力均方根值随运行速度的增加而增加;在分析的10~35km/h速度范围内,各轮对脱轨系数均小于0.8(允许限值),车体垂向和横向平稳性指标均小于2.5(优),满足相关标准对行车安全性与平稳性指标的要求。