动力稳定车作业过程的动力学特性研究

发布时间：2018-04-15 12:30

本文选题：动力稳定车 + 耦合模型　；参考：《昆明理工大学》2017年博士论文

【摘要】：有砟轨道结构具有良好的分散压力与振动、抵抗纵横向移动、缓和冲击等特性,是当前铁路轨道主要结构形式。铁路线路在大修与养护后道床不够密实、横向阻力及稳定性较差,动力稳定车作业能迅速提高线路的横向阻力和整体稳定性,为提升承载能力和开通速度创造条件。动力稳定车是线路修理、提速改造和新线建设作业机组中重要的配套设备。因此,深入研究动力稳定车的作业过程,对提高作业精度和效率、提升轨道质量、加速铁路高速重载发展等具有重要的意义。虽然车辆—轨道耦合动力学研究逐渐趋于成熟,但针对大型铁路养护设备作业过程中的耦合动力学研究有限,国内对WD-320动力稳定车的作业性能、作业效果等缺乏系统的研究,作业参数的设定也大多来自于国外的经验。针对以上问题,本文以WD-320动力稳定车作为研究对象,从耦合系统模型的建立与数值仿真求解、仿真结果与试验结果的验证、作业过程的动力学响应分析、作业过程的道床动力学特性变化规律和变量参数优化、作业参数对道床质量状态的影响、作业过程的作业参数最优匹配等几个角度,对动力稳定车作业过程进行了系统的动力学分析和研究。具体研究内容如下:(1)基于车辆—轨道耦合动力学理论,针对动力稳定车,建立了考虑稳定作业因素的车辆——轨道耦合系统垂横空间模型,并利用Matlab软件编制了动力稳定车—轨道耦合动力学仿真分析系统程序。分析了动力稳定车作业过程的相互作用原理,明确建立了作业过程中的车辆系统、轨道系统振动模型以及走行、作业、随机激励模型。将仿真分析系统获取的仿真数据与试验数据进行对比分析,证明两者之间有一定的相似性,验证了模型和仿真分析系统有一定的合理性。并利用试验数据进行了动力响应分析。(2)基于离散单元法,模拟仿真了动力稳定车的作业过程,研究稳定作业过程中轨枕支承刚度、阻尼数值及道床下沉量等道床动力学特性的变化规律,建立了刚度、阻尼、累积下沉量随时间变化的函数化模型。通过EDEM离散单元法仿真分析提取了动力稳定车作业每一时刻点的道床刚度、阻尼和累积下沉量等数据,从而分析拟合出道床刚度、阻尼、累积下沉量随时间变化的函数模型,并验证模型的有效性;函数化模型有利于优化实际作业参数以及细化参数以提升整个车辆—轨道系统数值仿真的准确度。(3)基于数理统计方法,通过现场试验数据分析了不同作业参数对道床质量状态的影响,寻找了单因素最优作业参数和提升线路承载能力的办法。分析阐述了控制道床质量状态的指标,可粗略采用横向阻力来评估稳定作业后的道床质量状态;通过现场试验,对不同工况后单根轨枕横向阻力值进行了系统分析比较:不同的道砟状态(极端道砟状态除外)对作业前后轨枕横向阻力的提升率没有显著的影响;18-30Hz的振动频率是稳定车的有效作业频率,能有效改善道床质量状态,其中28Hz为稳定车最优作业频率;50-80bar下压力是稳定车的有效作业下压力,能有效改善道床的质量状态,其中50bar为稳定车最优作业下压力;不同车速参数作用下道床质量状态的差异不明显。通过分析研究,开发了一种能综合提升线路整体承载能力和通过速度的有砟道轨多向约束装置。(4)基于多元多次非线性回归理论,建立了稳定作业过程作业参数最优匹配预测模型。通过现场试验提取不同作业工况后单根轨枕的横向阻力值进行相关系统分析,研究道砟状态修正系数、作业车速、作业振动频率、作业下压力、轨枕横向位移、初始横向阻力等六个因素与作业后轨枕横向阻力之间的关系;分析、探讨了建立单根轨枕横向阻力值随作业参数变化的多元线性回归预测模型的可能性;然后应用非线性关系变线性关系的方法,建立了多元非线性二次、三次、四次回归模型并进行了比较,进一步对四次回归模型进行了相应修正;最后通过多条件参数检验和试验数据检验,验证此六元四次回归模型效果较好,比较适合轨枕横向阻力的实际情况,可以用于衡量作业效果的好坏,寻求作业参数最优组合。本文结合系统动力学、离散单元法、数理统计、回归理论等对动力稳定车的作业过程进行了模拟仿真和试验研究,系统分析了作业响应以及不同作业参数对道床动力学特性、道床质量状态的影响,建立了函数化道床变量模型和最优作业参数预测模型,为动力稳定车在实际作业应用中的优化提供了参考。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U216.6

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