胶轮地铁道岔侧向通过性影响因素分析及优化

[目的]胶轮地铁车辆在道岔区段由胶轮提供走行支撑,钢轮提供导向,轮轨关系较为特殊。为了提高胶轮地铁车辆的运行品质,有必要对道岔侧向通过性进行研究。[方法]依托墨西哥城地铁1号线新型胶轮地铁车辆,分析了车辆的走行机理,建立了车辆动力学模型,提出了车辆道岔侧向通过性的评价指标;对车辆的主要悬挂参数进行了灵敏度分析,得出了悬挂参数对评价指标的影响系数,运用第二代非支配排序遗传算法对影响较大的车辆悬挂参数进行了优化。[结果及结论]将走行轮垂向力、导向轮横向力、轮轴横向力、走行轮载荷转移系数、车体侧滚角作为评价指标,得出空气弹簧垂向刚度对胶轮地铁车辆道岔侧向通过性影响最大,其余依次为垂向减振器阻尼、导向轮径向刚度等。优化后,车体侧滚角降低了8.7%,走行轮载荷转移系数降低了16.0%,车辆满足以45 km/h的速度通过道岔,且车辆道岔侧向通过性得到提高。

沙漠履带式运输车通过性仿真与试验

为提高沙漠地区车辆运输车能力,通过对沙漠土壤参数和履带车辆在松软地面通过性理论的分析,设计一种配备三角履带板的LY352J型沙漠履带式运输车。该车能够进行人员物资运输、车辆牵引、绞盘牵引作业,主要由三角履带板、绞盘和驾驶室等关键部位组成。通过理论分析和计算,确定各关键部件参数及沙漠履带式运输车在沙漠松软地面下的牵引通过性,应用Creo软件建立该履带车辆的虚拟样机模型,并采用RecurDyn(Recursive Dynamic)动力学仿真软件对车辆履带的最佳张紧力选择、直行、爬坡、转弯进行模拟仿真。结果显示,车重45%的条件下履带最佳张紧力为26.46 kN,能够保证车辆运行平稳且各项性能良好;上坡仿真得到的最大坡度为30°;转向动力学仿真中,车辆在路面上的转向稳定性较优,但在转弯时车辆容易失稳,会出现横向倾斜。最后在试验场地对试验样机进行直行、纵向爬坡和转向试验,验证该车型在沙漠地形实际行走时具有良好通过性能,能够克服轮式运输车在沙地沉陷的弊端,可满足现阶段沙漠地形运输作业的需求。

摩擦驱动焊接小车牵引力和通过性分析

针对焊接小车对变曲率半径工件适应性差的问题,进行了理论研究,改进焊接小车的驱动系统,建立了焊接小车在斜坡工况下的力学模型,分析了焊接小车运动过程中的牵引力变化规律,为焊接小车设计提供了理论支持。在此基础上,研究了焊接小车在外圆曲面和内圆曲面工况下的通过性,并计算出了2种特殊工况下特定结构和尺寸的焊接小车可以通过的最小曲率半径。基于上述分析结果设计出了一款基于摩擦传动的焊接小车,并进行了仿真验证,结果表明该焊接小车在变曲率半径轨道上具有良好的通过性,可以为焊接小车的设计提供技术保障。

基于轮力感知装置的软地面通过性测试系统

针对车辆的地面通过性试验方法主要局限于模型试验而缺乏实车试验的现状,提出了一套基于轮力感知装置的软地面通过性测试系统。系统以维轮力感知装置为核心,辅以轮速传感器、视觉传感器、GPS等多种车载设备。试验结果表明本文所提出的测试系统能够在多种软地面条件下完成牵引力、滑移率等通过性关键性指标的实时测量,进而为通过性地图的建立提供有力支撑。

考虑流体作用的清管器翻越凹陷通过性研究

针对清管器在经过含凹陷管段时的通过性研究鲜有涉及。为此,以ø168管道清管器为研究对象,分别建立其翻越凹陷管道的三维准静态和流固耦合仿真模型并进行对比,进一步再分别基于驱动皮碗接触摩擦力学和清管器动力学特性参数的变化规律,对清管器翻越管道凹陷过程的通过性进行定量分析。研究结果表明:清管器驱动皮碗在通过管道凹陷段时,运行速度不稳定可能会降低相应管段检测的准确率;清管器翻越凹陷过程的速度变化敏感性随过盈量的增加而增大;为提高清管器对于含凹陷管道的通过性能,ø168清管器皮碗过盈量应小于4%,密封皮碗夹持率应在55%~65%之间,皮碗结构分界面相对位置应不小于2%。研究结论可为清管器优化设计及工程应用提供理论指导。

夹管式真空界面阀设计与通过性模拟研究

船舶上的真空排污系统中作为阻隔大气与真空的核心部件真空界面阀,设计一款可靠实用的真空界面阀对整个真空排污系统至关重要。文章设计了一款真空界面阀,利用ANSYS Workbench对橡胶阀芯进行有限元分析,探究压强不同、阀芯结构不同情况下形变量与应力规律,利用DPM粒子模型检测出口粒子所占百分比模拟通过性,得出界面阀的最佳设计参数比例为1.40:1。通过出口粒子呈现正态分布现象,结合粒子轨迹云图、速度云图,分析出口粒子呈现正态分布原因在于直径不同的粒子,质量速度不同,粒子受到重力以及萨夫曼剪切提升力作用不同,解释了出口粒子分布原因。由于阀芯结构导致的形变量不同,使得粒子离壁面的距离不同,因此不同结构模型壁面对粒子的吸收程度也不同,这就使得出口粒子所占百分比不同,由此分析解释了真空界面阀结构不同所导致的阀门通过性差异。

悬臂式掘进机通过性能研究

悬臂式掘进机通过性能作为整机关键性能之一,影响着其在巷道中运输、行走及使用,因此研究悬臂式掘进机通过性能有着重要意义。分析了悬臂式掘进机通过性影响因素,提出了悬臂式掘进机几何参数通过性的6项指标,同时论述了悬臂式掘进机的支承与牵引通过性,为悬臂式掘进机通过性能评价提供了参考依据。

水平井泵送桥塞工具串可通过性研究

水平井泵送桥塞射孔联作工艺在页岩气、页岩油、致密油等非常规油气储层开发中得到了广泛的应用。该工艺通过水力泵送的方式,把携带有可钻桥塞和多级射孔枪连结成的工具串送到指定位置。由于井眼轨迹、井筒环境复杂,泵送遇阻、遇卡事故时有发生。本文根据水平井泵送桥塞在套管中的空间结构特点和工具串构型对工具串进行针对性简化,明确在一定狗腿度下工具串在弯曲井段中与井筒的几何关系,提出泵送桥塞工具串与管壁接触点确定方法,并分析其在弯曲井段受力弯曲特性,建立可通过性判别准则。根据实际案例,进行包括井眼轨迹、最大狗腿度与管壁内径的影响因素分析,给出泵送工具串配置参数优化方案,以减少井下事故的发生。

超深井套管屈曲后钻具通过性计算模型研究

针对超深油藏井下载荷工况愈发恶劣的现状,对钻具在三维屈曲套管中的通过性进行了研究。通过对比钻具、套管、井筒尺寸的几何关系,考虑了套管屈曲相关参数,确定了钻具在套管正弦及螺旋2种屈曲形式下的不变形通过最大长度,建立了套管屈曲后钻具通过性计算模型,并利用该模型进行了实例计算。应有限元确定了实例中套管屈曲形式,计算了不同屈曲时的通过性。计算结果表明,钻杆及钻铤在屈曲套管中可自由通过,钻具的通过性主要受钻头尺寸的影响。通过全尺寸实物试验对钻头在屈曲套管中的通过性进行了验证。结果显示,建立的计算方法也可用于其他井下工具的通过性计算,如油管在屈曲套管中、井下工具在屈曲油管中的通过性等,对油田现场作业具有重要指导意义。

丘陵山地多功能履带底盘通过性能分析——基于RecurDyn软件仿真

设计一款小型履带式底盘,可搭载多种设备,完成运输、喷雾等果园作业需求,利用多体动力学软件进行仿真分析验证其在山地果园中的通过性能。根据山地果园种植规律,搭建履带式底盘模型结构,基于Bekker理论分析履带式底盘在行驶时的受力情况;构建多体动力学模型,创建水平地面和连续斜坡(10°、15°、20°)在黏土地面进行运动仿真,设置三种宽度(150 mm、250 mm、350 mm)的沟壕,开展不同速度下的履带爬坡和越沟仿真试验。最后提取履带底盘在水平地面、斜坡和沟壕运动仿真后的数据曲线,拟合后对比分析履带底盘在复杂环境下的通过性能,并得出结论:通过多体动力学仿真验证所设计的小型履带式底盘在果园崎岖地形的行驶性能,为小型农用履带式底盘研究提供参考。

基于数学建模和仿真分析的车辆上下台阶通过性研究

通过性是车辆的重要性能之一,台阶是一种常见的通过性考察地形,《汽车通过性试验方法》(GB/T 12541-2023)推荐M类车辆进行上下台阶通过性试验。文章采用理论数学建模和基于ADAMS的仿真分析两种方法进行车辆上下台阶通过性研究,分析了车辆通过目标台阶时各系统的最小离地间隙,计算表明下台阶时挡泥板二和排气系统发生磕碰,需进行结构优化。文章研究方法可以推广至其它地形,在车型设计阶段完成地形通过性能力计算评估可以提前识别并规避动态磕碰风险、节省试验资源、压缩开发周期。

定向井的多层分注管柱串通过性分析

随着定向井注水层数增多,多层分注管柱串的通过性分析,是施工过程中确保油井安全、防止管柱失效的主要方法,严重影响井下分注工艺的成功实施。以多个封隔器和配水器(5个工具以上)组成的多层分注管柱串整体为分析对象,充分考虑井眼轨迹、曲率、井径、地层摩阻、套管直径等因素的影响,采用力法和位移法,结合能量和动力学分析方法,在三维空间下,分析管柱串与套管内壁之间的摩擦阻力与管柱串整体通过能力之间的关系,建立了一种可用于定向井至水平井的多层分注管柱串在起下过程中的动态载荷和受力剖面模型,在井筒的最大曲率处,比较管柱串下端的轴向作用力与摩擦阻力,从而实现对多层分注管柱的通过性分析。最后结合工程实例,对多层分注管柱串进行了通过性和安全性分析,给现场作业提供了良好的工程指导。

轻载荷条件下轻型车辆车轮牵引通过性模型的建立与验证

为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。

新型机械弹性车轮的建模与通过性研究

为了提高轮胎的防刺破、防爆胎和安全防弹性能,提出一种用于某型轮式特种车辆的新型机械弹性车轮。通过分析车轮的系统构成,建立了弹性力学模型与有限元模型,并分别进行求解计算,计算结果显示两种模型的变形吻合,表明有限元模型能很好地反映车轮的变形情况。利用该有限元模型计算得出车轮的滚动半径,之后进行了通过性分析,详细阐述了挂钩牵引力各个分力的影响因素,为以后车轮的设计改进提供了理论支持。与普通充气轮胎的对比表明,机械弹性车轮更具通过性方面的优势。

摇臂-转向架式月球探测车越障通过性分析

为评价6轮摇臂-转向架式月球探测车的地面通过性，分析了其失去越障通过性的类型，确定了通过性几何参数．推导了失去通过性的条件，包括车身悬起和越过垂直障碍失去通过性的条件，由此对越过壕沟失去通过性的条件进行了分析，确定了月球探测车悬起失效、越过垂直障碍、跨越壕沟的极限尺寸，并给出了运用ADAMS软件仿真越过垂直障碍过程时各车轮所受正压力曲线．最后，对探测车原理样机的地面越障通过性进行了模拟实验．

深空探测车可变直径车轮牵引通过性分析

提出了一种可变直径轮深空探测车,其具有结构紧凑、越障能力强、重心低、运行平稳等优点.考虑了月球重力环境和月壤的力学特性,应用基于贝克模型的地面力学理论,分析了深空探测车可变直径车轮与月壤间的相互作用,对轮片展开和车轮下陷做了合理的简化,对不同滑转条件下探测车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和驱动效率进行了计算,结果表明车轮的展开减小了推土阻力,车轮的挂钩牵引力和驱动效率都比车轮收缩状态有了明显的提高,并获得了使驱动效率达到最大值的滑转率的范围.

3WZ-700型果园喷雾机通过性能分析

针对现代果园低矮密植的园艺特征和果园喷雾机重心动态变化特点,通过试验和建立数学模型对大容量药箱的果园喷雾机的通过性能进行分析,得出药量与越障高度的关系曲线。在0～200 L药量区间内前轮越障由200 mm下降到84 mm;在200～400 L药量区间内前轮越障高度随药量变化缓慢,由84 mm下降到53 mm;后轮越障高度与喷雾机参数无关。实地测试表明,试验均值与理论值基本一致,喷雾机通过性能较好。

仿螃蟹步行机构及其通过性试验

仿生步行机构的研究对于复杂地形的行走机构开发具有十分重要的意义。为了设计出性能优越、结构简单的仿生步行机构,通过分析中华绒螯蟹的行走步态,提出了仿螃蟹步行机构的设计方案。由于螃蟹尾端的两只步足较少参与行走,为简化设计,将步行机构设计成6足式,腿部运动由六连杆机构实现。利用三维建模软件CATIA建立了步行机构整体模型,并在ADAMS中完成了运动学分析,得到步行机构足端运动轨迹,结果表明该步行机构能够完成预期的动作。根据设计加工出样机,在非常规地面上与轮式模型车进行通过性对比试验,结果表明仿螃蟹步行机构在农业生产所涉及的松软地面上具有较高的通过性能,在崎岖硬地面上波动比轮式模型车降低5%-75%。该步行机构还可作为试验平台,通过对其腿部杆件尺寸和足端触地方式的优化,为开展提高步行机构在不同地面通过性提供基础研究设备条件。

高通过性四轮自走式烟草田间作业机的设计

针对烟草中后期田间管理迫切需要高通过性动力机械的现状,通过采用拱桥式车架,偏置布置在拱桥式车架一侧的发动机及传动系统,架高转向横拉杆及过桥传动轴等结构措施,设计出高通过性的四轮自走式烟草田间作业机,其最大通过高度1700mm,变速范围1.0～18km/h,解决了烟草田间作业动力机械高通过性的技术难题。该机自身可实现植保作业,若悬挂不同的机具可实现耕地、起垄、移栽、铺膜、中耕培土、打顶、采摘烟叶、拔烟秆等多种作业。小批量生产试验表明,该机驾驶劳动强度小,通过性好,对烟叶损伤小,作业效率高。

悬挂式单轨车辆曲线通过性仿真研究

针对悬挂式单轨车辆曲线运行平稳性和舒适性容易受到线路设计因素影响的特点,采用虚拟样机仿真平台对其曲线通过性进行了研究。首先,较系统的分析了悬挂式单轨车辆的结构及其特点;在此基础上建立了模拟悬挂式单轨车辆橡胶轮胎的轮胎模型;然后,参照悬挂式单轨车辆单节完整的拓扑图建立动力学仿真模型;最后,进行了典型工况下的悬挂式单轨车辆的仿真分析。结果显示,在曲线通过安全限速内,导向轮受力随着车辆速度的增加几乎呈线型增长;而随着曲线轨道距离的增大导向轮径向受力基本保持不变。不同曲线半径工况下,曲线通过平稳性预测结果:垂向平稳性指标最大值为2.24,横向平稳性指标最大值为2.15,二者数值均在我国国家标准《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》(GB/T 5599-1985)规定的平稳性等级2.5以内;垂向最大加速度为0.64 m/s2,横向最大加速度为0.45 m/s2,轮重减载率最大值为0.56,均符合国际联盟颁布的《铁路运输国际标准》(UIC 505)规定。表明利用虚拟样机技术仿真平台建立的单轨车辆模型能够较好的应用于车辆的曲线通过性的评价,并能进一步应用于后续运行特性研究当中。