弹性轮对的有限元分析

弹性轮对在国外轻轨交通车辆上已使用较为广泛 ,实践表明其在减少轮轨噪声、降低轮轨间的动作用力和提高旅客的乘坐舒适度等方面取得了明显的效果 ,但在国内还处于起步时期。应用有限元分析软件 ANSYS对弹性轮对进行了应力、变形和模态计算分析 ,并与刚性轮对的结果相比较 ,同时 ,研究了橡胶的本构参数对弹性轮对静强度的影响。结果表明 :在静载作用下 ,弹性轮对与刚性轮对的最大等效应力均发生在辐板靠近车轴处 ,但前者的最大等效应力值大于后者 ;橡胶材料常数对弹性轮对的橡胶应力和应变有较大影响 ,应对其合理选取 ;弹性轮对的低阶固有频率低于刚性轮对 。

弹性轮对对轮轨动作用力的影响

弹性轮对因其在减少轮轨噪声、降低轮轨间的动作用力和提高旅客乘坐舒适度方面具有明显效果而在国外轨道交通车辆上得到较为广泛的使用。利用动力学分析软件SIMPACK对采用弹性轮对的国内某城市地铁车辆进行了动力学性能方面的分析,并与采用刚性轮对的结果相比较。结果表明:当弹性轮对V型橡胶垫轴向刚度跟垂向刚度分配合理时,轻轨车辆采用弹性车轮可显著降低轮轨之间动作用力。

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统动力学模型 ,推导了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰 ,对弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真 。

橡胶弹性轮对对轻轨车辆动力学性能的影响

针对轻轨车辆在运行过程中出现的振动噪声过大问题,以某型橡胶弹性轮对为研究对象,通过试验获得轮箍与车轴之间橡胶弹性元件的参数,构建轻轨车辆动力学模型,分析不同橡胶弹性元件参数对橡胶弹性轮对和刚性轮对的车辆动力学性能,以及对线路的适应能力。结果表明:采用橡胶弹性轮对在一定程度上提高了车辆的平稳性,降低了轮轨冲击,提高了车辆的曲线通过能力,减缓了轮轨磨耗。

考虑弹性轮对的车辆-轨道耦合动力学建模及减振特性研究

弹性轮对作为一种减振降噪的轮对结构,通常用于有轨电车这类对振动噪声有较高要求的轨道交通系统。由于弹性轮对结构复杂,因此建立理想的动力学模型成为研究弹性轮对的重点和难点。建立弹性轮对车辆-轨道空间耦合动力学模型,将弹性轮对解耦为轮芯、左轮辋和右轮辋3部分,每部分均考虑6自由度,轮芯与轮辋间通过橡胶层连接。轨道系统被考虑为钢轨-轨道板-路基的多层结构,钢轨采用Timoshenko梁模拟。对比分析弹性轮对车辆和普通轮对车辆在随机谱和冲击条件下的动力学和减振特性,分析轮辋载荷特性,调查橡胶层等效刚度对轮轨力和轴箱加速度的影响。结果表明:弹性轮对的动力学和减振性能均优于普通轮对;轮轨力、轴箱加速度与橡胶层等效刚度呈现明显的非线性。该模型和相关结论为弹性轮对的建模和优化提供理论参考。

考虑弹性的高速旋转轮对振动特性研究

轮对弹性变形和旋转振动对轮轨系统运行安全性影响需要从理论上进行深入研究。利用ANSYS有限元分析软件对轮对弹性化处理后,在SIMPACK多体动力学软件中建立了包含高速旋转弹性体轮对的车辆系统动力学模型。采用数值方法,得到了轮轴弹性弯曲变形量以及不同轨道不平顺激扰下轮对垂向振动加速度响应等。结果表明,考虑弹性和旋转振动后,轮对车轴发生弯曲变形效应明显且中部变形量最大,车辆运行速度对车轴弯曲变形量和轮轨附加动力有一定的影响,轮对垂向振动加速度频谱出现与旋转速度相关的频率特征。本文方法和结果对揭示轮对真实运动特征和研究高速轮轨安全性具有良好的指导意义。

考虑轮对弹性时车辆运动稳定性分析

为了研究轮对弹性对车辆运动稳定性的影响,运用SIMPACK多体建模技术,建立了完整的车辆系统动力学模型。模型中,轮对视为弹性体,其余主要部件如车体、构架、轴箱等仍按刚性体处理。对比分析了弹性体轮对模型和刚性体轮对模型车辆的横向运动稳定性。结果表明,考虑轮对弹性时车辆临界速度较刚性轮对的值有所降低,但降幅不大。

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响,以30 t轴重重载货车为研究对象,对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究.首先,给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法;其次,建立轮对柔性体有限元模型,分析了轮对的弹性振动模态,进一步将其集成于多刚体系统中,形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型;最后,针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法,以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源,对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异.研究结果表明:相对刚性轮对而言,柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击,同时弱化轮轨间的刚性约束能力,导致其振动幅度降低,使得车辆非线性临界速度下降约9%,通过小半径曲线时,轮轨横向力也降低了约13.7%,轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.

考虑轮对弹性的轮轨接触斑特性研究

将轮对视为弹性体建立采用直线电机轻轨车辆的刚柔耦合动力学模型,研究轮对弹性对滚动接触的影响。结果表明弹性轮对的弯曲振动频率会与电机的沉浮和点头振动频率相耦合,增加了轮轨垂向力的变化幅度并加剧轮对的弯曲变化,从而增大轮对接触点的横移量,进而影响轮轨磨耗。还对接触斑的振动特性进行了初步探讨,建立了接触斑系统振动特性模型及其运动微分方程式。

考虑轮对弹性的车轮振动及车轮多边形化对轮轨力影响研究

为研究直线电机地铁车辆轮对弹性对车轮振动、车轮多边形化及轮轨相互作用的影响,在对单轮对进行模态分析的基础上,建立完整的车辆系统刚柔耦合动力学模型,模型中将轮对视为弹性体,其余部件按刚体处理。研究表明:考虑轮对弹性之后,轮对的弯曲振动频率会与直线电机的沉浮与点头振动频率相耦合,从而加大轮对的振动幅度,因此考虑轮对弹性可以更加真实地反映车轮的振动与轮轨力的变化。车轮多边形化会引起较大的轮轨垂向力,并与车轮多边形化的波深、相位差、谐波阶数及车速有密切关系,而将轮对考虑为弹性体将会更加准确地反映出车轮多边形化对轮轨力的影响。在车辆实际运用过程中,如果已知车轮某阶多边形占主导,应尽量避开该阶多边形化车轮产生的激励与车轮垂向弯曲频率相耦合时的车辆运行速度。

行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。

载人月球车金属弹性筛网轮设计与分析

载人月球车金属弹性筛网轮结构特殊,集驱动传动于一体,采用组合式铝合金轮毂,轮胎由内部弹性限止器和金属丝网胎面组成。基于轮地力学,采用半经验方法,综合质量及功率约束,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了轮毂驱动电机和谐波减速器等驱动组件。并分别基于静力分析和动态弯曲疲劳实验方法对组合式铝合金轮毂进行有限元分析及仿真,对其结构进行了设计及改进,同时对内部弹性限止器装配及金属丝网胎面的成形工艺进行了研究和实践,为研制适应月面未知崎岖地形,且载荷大、功耗低、驱动力大的载人月球车车轮奠定了技术基础。

弹性车轮车辆临界速度及曲线通过性能分析

建立了弹性轮对车辆—轨道耦合系统动力学模型,对弹性轮对车辆—轨道耦合系统的临界速度及曲线通过性能进行了动力学仿真,并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。根据GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定及试验规范》进行评价,结果表明,弹性车轮的临界速度及曲线通过性能均满足要求。

基于ADAMS的弹性车轮振动分析

通过ADAMS VIEW软件建立模型,采用将弹性车轮引入轮毂电机系统的使用,通过编写接触算法解决动态接触时的高频振动问题,并通过参数优化选择,来达到如何能最大程度并且合理的降低轮芯处轮毂电机系统所受到的振动冲击目的。研究结果表明,弹性车轮的引入能够很大程度上减少通过轨缝时对轮毂电机产生的冲击,在对刚度参数进行合理的选择分析后,最高减小了78.5%的正向冲击加速度以及56.1%的负向冲击加速度。能够有效的达到减小轮毂电机冲击,降低了电机在机械方面安全性隐患的目的。

弹性阻尼耦合轮对曲线通过性能及轮轨磨耗分析

耦合轮对是一种有别于传统轮对和独立旋转车轮的新型轮轨导向系统,其动力学性能也与二者存在差异。本文建立弹性阻尼耦合轮对(EDCW)车辆的动力学模型,对其曲线通过性能及轮轨磨耗进行分析,并给出耦合度的最佳取值范围。结果表明:导向轮对轮轨作用力与磨耗随耦合度的增加而减小,跟随轮对轮轨作用力随耦合度的增加而增大。当选用恰当的耦合度时,弹性阻尼耦合轮对(EDCW)的应用能够有效减小轮轨作用力和磨耗的最大值,从而改善转向架的曲线通过性能。

月球车弹性筛网轮的研制

为研究适应松软地形,且质量小、功耗低、驱动力大的月球车车轮,在单轮驱动功率和扭矩计算的基础上,选取了电机和减速器,进行初步的弹性筛网轮的结构设计,对初步设计中主要零件进行了受力分析及详细的结构设计,最终加工出两种不同尺寸的弹性筛网轮,对车轮性能进行了测试.通过弹性筛网轮的研制,综合考虑体积、传递效率及功率等技术因素,实现了车轮的驱动、传动一体化设计,为设计真正的月球车车轮奠定了技术基础;解决了钛合金轮圈的加工工艺问题,为今后研制不同形状的钛合金轮圈奠定了技术基础.

管道微机器人驱动器微小弹性啮合轮的传动力

为解决管道微机器人在微小空间内的交叉轴传动问题,研制了微小弹性啮合轮的传动机构.基于材料力学大变形理论,建立了微小弹性啮合轮传动机构的力学模型,推导了最大传动力的表达式,应用该表达式计算了所设计机构的最大传动力.在所研制的微小力测试实验台上进行了传动力测试实验.理论计算和实验结果表明,微小弹性啮合轮传动机构能够满足微机器人动力传递的需要.

考虑轮对弹性的轮轨接触点算法

研究轮对动力学相关问题时要考虑轮对的弹性变形,本文在传统迹线法的基础上发展一种考虑轮对弹性的轮轨接触点计算方法。该方法通过计算滚动圆上的点和该点在轨道上的投影点的法向矢量确定可能接触点,形成接触迹线,根据迹线和轨道型面的垂向最小距离确定最终的接触点。利用该方法,本文建立单轮对刚柔耦合系统动力学方程来求解轮轨接触点,并通过刚性轮对与弹性轮对的计算结果对比,讨论轮对弹性变形对接触点位置和轮轨蠕滑率的影响。结果表明,该方法可有效解决考虑轮对弹性的轮轨接触计算问题。

小型旱地深耕节油弹性轮室内土槽试验研究

在室内土槽中对弹性轮进行了牵引性能试验研究及弹性轮与7.50-16橡胶轮胎牵引性能对比试验研究。结果表明,弹性轮以牵引系数表示的牵引性能明显优于7.50-16轮胎,且达到履带行走装置的水平,为进一步优化弹性轮结构参数提供了理论依据。

载人月球车车轮设计及基于弹性车轮轮壤相互作用的力学模型研究

针对目前月球车车轮难以适应载人运输的需求,设计一种具有轮毂轮辋滑槽机构的金属丝编织筛网式的载人月球车车轮,用来保证车轮的更换便易性及减振抗冲击性。对筛网轮在月壤上行驶的过程建模,验证模型的准确性后,与同等尺寸的传统刚性轮进行对比,表明所设计的车轮结构轻便,比有轮棘刚性轮具备更好的减振抗冲击性;同时其依靠自身的弹性变形增大与地面的接触面积从而比无轮棘刚性轮具有更大的牵引力。对一般弹性车轮的轮壤相互作用应力分布模型进行改进,引入斜率因子以反映车轮的变形,在1 000 N与1 500 N的载荷下及滑转率为0.2时,把改进模型计算得到的挂钩牵引力与仿真输出值进行对比,相对误差不超过15%。引入牵引系数对所设计车轮在不同载荷下的行驶通过性评估,根据可决系数拟合出牵引系数-载荷曲线,建立拟合方程,近而对提高车轮的行驶通过性进行最佳载荷评估。