地铁车辆车体横向抖动研究

作     者：刘汗青 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴焕云

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：线路试验 蛇行失稳 临界速度 刚度退化 轨底坡 车体抖动 

摘      要：随着中国城市化进程的加快,人口大量地涌入城市,汽车保有量逐年上升,远远超过了城市道路承载能力,长时间的堵车日益成为常态化。大力发展公共交通成为解决城市交通拥堵的有效途径。在这种情形下,具有运载效率高、运行速度快、乘坐舒适和不占用地面空间等多种优点的地铁得到了快速发展。在得到大规模建设和运用的同时,地铁车辆的舒适性、稳定性和安全性受到了越来越多地关注。北京地铁6号线在开通运营一年之后,车辆在以较高速度匀速运行时,车体出现剧烈的横向抖动现象,严重影响乘坐舒适性和车辆安全性。本文通过对地铁车辆线路试验实测数据进行3～9Hz的滤波和FFT、STFT处理,研究了车辆振动传递关系,结果表明轴箱、构架和车体处的横向振动主频均为5Hz左右。分析了转向架和车体的模态,确定了车辆蛇行运动型式为二次蛇行。运用SIMPACK软件建立了地铁车辆动力学模型。分析了新造车轮与新造钢轨、新造车轮与磨耗后钢轨、磨耗后车轮与新造钢轨和磨耗后车轮与磨耗后钢轨的四种轮轨匹配关系,发现车轮磨耗对等效锥度的影响较大。轨底坡对轮轨匹配等效锥度也有一定的影响,对磨耗后车轮等效锥度影响较新造车轮大。运用车辆动力学模型计算了定位刚度对临界速度的影响,车辆临界速度对横向定位刚度的变化较为敏感。当横向定位刚度在小于2MN/m的范围内时,车辆临界速度会随着刚度的减小而剧烈地下降。等效锥度对车辆临界速度的影响也较大,建议应经常进行车轮镟修工作。由柔性转向架蛇行波长公式推导出横向定位刚度退化后的大小为0.55MN/m。横向定位刚度设置成0.55 MN/m时,车辆的临界速度为72km/h,当车辆以90km/h的速度运行时,会产生蛇行失稳。这时轮对、构架和车体的横向振动主频均为5Hz左右,与线路试验数据相符,重现了车体抖动现象。证明了北京地铁6号线车辆出现车体抖动的原因是横向定位刚度退化。