懸掛式單軌列車關鍵懸掛參數研究

馮遵委楚永萍何斌斌

懸掛式單軌列車關鍵懸掛參數研究

馮遵委楚永萍何斌斌

（中車南京浦鎮車輛有限公司轉向架設計部，210031，南京//第一作者，高級工程師）

采用大型多體動力學軟件Universal Mechanism建立懸掛式單軌列車系統動力學模型，模型中考慮了各減振器、彈簧、止檔的非線性特性，以及橡膠輪胎-軌道的非線性作用特性。通過數值積分求解車輛的動態響應，對單軌列車關鍵懸掛參數進行研究。研究表明：導向輪高度應盡量放低，與軸心高度一致較為合理；導向輪與導向軌應有一定的預壓，但不宜過大；橫向減振器等效阻尼應取50 kN·s/m以上，以保證車輛橫向平穩性的同時，讓車輛進出曲線時橫向振動能夠快速收斂；垂向減振器等效阻尼取30～40 kN·s/m能夠保證車輛具有良好的垂向平穩性。

懸掛式單軌列車；懸掛參數；導向輪；減振器

Author′s addressBogie Design Department，CRRC Nanjing Puzhen Co.，Ltd.，210031，Nanjing，China

思路剖析 由三角形的中位線和平行四邊形的性質可知，BC∥EF且BC=2EF，所以求BC的長就轉化為求EF的長．而在直角三角形EFN中，只知所以需求其銳角的某個三角函數值或找出三邊之間的數量關系．由AB=OB和E為OA的中點想到連接BE，則BE⊥AC．又∠BCE=∠CEF=45°，所以△EBC為等腰直角三角形，得BM=EM=EF，則四邊形EFMB為平行四邊形，得運用勾股定理可得故

懸掛式單軌交通利用的是空間資源，具有占地少、適應性強、投資小、工期短、綠色環保等特點，適合作為大城市現有軌道交通系統的補充，在中小城市更可作為公共交通干線，在景區可作為觀光線使用。目前，懸掛式單軌列車在德國的烏珀塔爾和杜塞爾多夫，日本的湘南和千葉均有運營。然而在我國，懸掛式單軌列車的運營仍是一片空白。研究一款具有完全自主知識產權的懸掛式單軌列車是非常有必要的。中車南京浦鎮車輛有限公司在此契機下，率先開展了懸掛式單軌列車研制。

本文利用多體動力學軟件建立非線性動力學模型，采用數值積分方法研究關鍵懸掛參數對車輛動力學性能的影響，為國內首列懸掛式單軌列車設計提供理論支撐。

1 懸掛式單軌列車結構和動力學模型

1.1 懸掛式單軌列車結構

懸掛式單軌列車軌道系統由轉向架、車體、軌道梁組成。其中，轉向架主要由構架、橡膠走行輪、導向輪、橡膠簧、枕梁、中心銷、懸吊機構、橫向減振器、垂向減振器、驅動裝置以及制動裝置等組成，如圖1所示。

計算導向輪與導向軌取4、2、0、-2和-4 mm間隙時的動態響應。圖7、8為車輛通過曲線時導向輪間隙對構架和車體加速度的影響。計算結果表明：導向輪與導向軌間隙對車體振動加速度影響很??；對構架振動加速度有一點影響，當導向輪與導向軌0間隙或有預壓時，構架除了離心加速度外沒有額外沖擊；當導向輪與導向軌存在間隙時，車輛在進出曲線時構架存在明顯的沖擊，且間隙越大，沖擊越大。圖9為導向輪間隙對車輛運行平穩性的影響。由圖9可見，隨著間隙減小，車輛運行橫向平穩性指標增大，乘坐舒適感變差。與此同時，過大的預壓力將產生更大的額外能耗。綜合來看，考慮到車輪運行存在磨耗，導向輪與導向軌應有一定的預壓，但不宜過大。

管理制度的落后，管理部門的不健全，在這雙重的缺失之下，管理者對自己的管理職責不清楚，互相推諉。這就會直接導致一個問題，幾個部門會下發多個管理政策和文件，重復的文件會讓工作的效率大大減弱，也讓改革的步伐很難加快。

利用多體動力學軟件Universal Mechanism（UM）建立系統模型，并根據懸掛式單軌列車的結構特點，對部分連接進行簡化處理。構架、齒輪箱、電機視為一個剛體，走行輪通過差速齒輪與構架連接，構架與搖枕之間由橡膠彈簧和垂向減振器連接，搖枕與車體通過懸吊裝置連接，并在懸吊裝置與構架之間設置止檔，懸吊機構內部設置橫向減振器和限位止擋，導向輪與構架連接起到導向和抗傾覆作用。懸掛式單軌列車多體動力學模型結構如圖2所示。

輪軌接觸模型采用適用于實心橡膠輪胎的Fiala模型描述，其中輪軌法向力為

圖1 懸掛式單軌列車系統結構圖

dz——實心橡膠輪胎的阻尼；

kz——實心橡膠輪胎的非線性剛度；

吹掃氣體必須干燥、潔凈，檢查時要注意空氣過濾減壓閥的濾芯，確認其是否潔凈。為指定的應用確定吹掃氣體推薦流量是很困難的，因為它取決于氣體在灰塵中的流速，法蘭長度和法蘭直徑等。法蘭中的吹掃流速等于灰塵中氣體流速的10%，如果持續吹掃一段時間后，待測氣體的體積分數完全恒定，可嘗試用以下步驟去測量吹掃流量：

式中：

Δr——法向變形量；

2.2 導向輪與導向軌間隙

輪胎縱向力為：

其中：

cx——縱向蠕滑剛度；

綜上分析，正確理解和使用代詞，是中學生應該具備的語文能力。如判斷下面句子中的代詞運用得有沒有毛?。和趵蠋煂θ鄬W生說：“同學們，別忘了我們是學生，我們的主要任務是學習?！边@一題中，“我們”這一代詞兩次出現，在這特定的語境中指的是學生，誰也不會把老師誤作學生，相反，它使師生間縮小了距離，反映出王老師和學生親密無間的感情。這里啟示我們，像《雷雨》中的這些代詞妙用，中學語文教材中還有很多，對此，我們應多加閱讀研磨，以不斷提高對具有特定表達效果的代詞的鑒賞能力。

μ1——動態摩擦因數。

Sx——縱向蠕滑率；

Sy——橫向蠕滑率；

運行CiteSpace，將Node Type選擇為“Keyword”，得到了混合式教學在中小學研究的關鍵詞可視化的分析圖譜。如圖2所示，圖中一共是17個節點，23條連線,圖中的原點代表關鍵詞，原點越大則表示該關鍵詞出現的頻次越高。圖2中“混合式學習”關鍵詞出現的頻次最高，一共出現了37次；其次是“混合式培訓”，出現了7次；排在第三位的是“中小學教師”，出現了7次?？梢钥闯觯F在研究者的關注點在中小學教師的培訓上，力圖將混合式教學模式深入到教師的教學理念當中，使教師更好地把混合式教學模式應用于現實教學,推動混合式教學的應用和發展。

趙仙童說，我不怪你打我，我該好好檢討了，這兩天我干了太多的爛事，我不該打電話跟那些不認識的男人說那么多無聊話，我更不應該臭罵那些我不認識的女人。

μ0——靜態摩擦因數；

式中：

輪胎橫向力為：

其中：

式中：

cy——橫向蠕滑剛度。

(2)方案設計比賽。該比賽主要依托我校的物理沙盤實驗室，如圖2所示。該比賽將參賽人員隨機分成五人小組(抽簽決定)；各小組代表抽取比賽案例；各小組現場兩個小時進行討論分析，形成合理的方案；小組代表匯報方案，由企業嘉賓進行點評打分，并做總結。

輪胎滾動阻力為：

式中：

rt——輪胎環形半徑。

圖2 懸掛式單軌列車動力學模型結構

2 關鍵懸掛參數研究

2.1 導向輪高度

懸掛式單軌列車不像傳統軌道交通車輛具有自動對中功能，需要設置導向輪來起到導向支撐作用。計算導向輪高度取0.2 m、0.4 m、0.6 m和0.8 m時車輛通過曲線的動態響應。為了準確描述趨勢，計算時不考慮軌道隨機不平順的影響。圖3～5為導向輪高度對車體、搖枕、構架側滾角的影響。由圖可見，導向輪高度對車體、構架、搖枕側滾角影響較大，隨著導向輪高度增加，車體、構架、搖枕側滾角增大。圖6為導向輪高度對走行輪垂向力的影響。由圖6可見，隨著導向輪高度增加，左右兩側走行輪垂向力差值增大，車輪最大垂向力增大。對于人體乘坐舒適感和限界來說，側滾角越小越好，同時走行輪最大垂向力也不能過大。綜合來說，導向輪高度應盡量放低，與0.27 m的軸心高度設置相同較為合理。

VΔr——法向變形率。

據董事長王茂莆介紹，公司創業之初，國內噴灌機產業面臨外資機構大規模并購的尷尬局面，但為了實現行業民族品牌的發展，華雨公司迎難而上，憑借“踏實、拼搏、責任”的企業精神和“誠信、共贏、開創”的經營理念，通過不懈努力，終于生產出具有我國自主知識產權的大型噴灌機設備，為贏得國產噴灌機市場定價權起到了積極的促進作用。王茂莆說，我國灌溉產業是個存量很大的市場，隨著十八屆三中全會的召開，“調整產業結構，轉變發展方式”已經被納入國家體制改革的宏觀計劃，未來新興灌溉產業將會有更大的發展空間，因此把握產業命脈的關鍵是打好基本功，夯實自身優勢。

1.2 懸掛式單軌列車動力學模型

圖3 導向輪高度對車體測滾角的影響

圖4 導向輪高度對構架測滾角的影響

圖5 導向輪高度對搖枕測滾角的影響

圖6 導向輪高度對走行輪垂向力的影響

圖7 導向輪間隙對構架加速度的影響

圖8 導向輪間隙對車體加速度的影響

圖9 導向輪間隙對運行平穩性的影響

2.3 橫向減振器

情況 3.3 若f3(v)=2,由于G不含4-圈,故兩個3-面不可能相鄰,它們只能有一個公共點v點,此時最壞的情況是v關聯兩個3-面,3個6-面且3-面的鄰面均為6-面。由R1和R3.5得

計算橫向減振器等效阻尼從0～100 kN·s/m變化時車輛的動態響應。圖10為不同橫向減振器等效阻尼下車輛通過曲線時的車體側滾角。由圖10可見，橫向減振器阻尼對車體側滾影響較大，在進出曲線時，隨著橫向減振器阻尼增大，車體側滾收斂性更好。圖11為不同橫向減振器等效阻尼下車輛運行平穩性。由圖11可見，隨著橫向減振器等效阻尼的增大，車輛橫向平穩性指標先減小后增大，均遠小于平穩性指標限值2.5。綜合來看，為抑制車輛通過曲線的低頻晃動，同時橫向平穩性并不大，橫向減振器等效阻尼取50 kN·s/m以上。

圖10 不同橫向減振器等效阻尼對車體側滾角的影響

圖11 不同橫向減振器等效阻尼對車輛運行平穩性的影響

2.4 垂向減振器

計算車輛在20、40和60 km/h車速下，垂向減振器等效阻尼對車輛運行平穩性的影響。計算結果如圖12所示。由圖12可見，隨著垂向減振器等效阻尼增大，車輛垂向平穩性指標減小，在30 kN·s/m以上變化較小。因此，垂向減振器等效阻尼可取30～40 kN·s/m。

皇窯景區在標準化試點工作之前，基層員工與上層之間缺乏溝通渠道，部門之間的團隊協作能力弱，十分不利于景區的長遠健康發展。而通過標準化試點創建，為皇窯領導層、中層、基層員工提供了一個溝通平臺和契機，實現了縱向、橫向的管理協調，且標準體系中的標準是經過多輪標準化培訓會、推進會、交流會和研討會，由景區領導、各部門及員工共同協商一致的結果，有效提高了景區的整體運營管理水平。

圖12 不同速度下不同垂向減振器等效阻尼對車輛運行平穩性的影響

3 結論

建立了懸掛式單軌列車系統動力學模型，模型考慮了各減振器、彈簧、止擋的非線性特性，以及橡膠輪胎-軌道的非線性作用特性。通過數值積分求解車輛的動態響應，對懸掛式單軌列車關鍵懸掛參數進行研究，得到以下結論：

群樁基礎的承臺頂面荷載分布見表3，其中X向為順橋方向，Y向為平面垂直線路方向，Z向豎直方向。采用不利的重型荷載組合(設備及梁重+離心力+雙孔重載+列車橫向搖擺力)。

（1）導向輪高度應盡量放低，這樣有利于減小車體、構架和搖枕的側滾角，同時能有效降低走行輪法向力。

（2）導向輪與導向軌間應有一定預壓，但不能過大，這樣能減小構架振動沖擊，同時不至于惡化橫向平穩性和運營能耗。

（3）橫向減振器等效阻尼設置應取50 kN·s/m以上，這樣能有效抑制車輛進出曲線的低頻晃動，同時車輛仍具有良好的橫向平穩性。

（4）垂向減振器等效阻尼宜取30～40 kN·s/ m，能夠確保車輛在各速度級具有良好的垂向平穩性。

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Study on the Key Suspension Parameters of Sky Train

FENG Zunwei，CHU Yongping，HE Binbin

A dynamic model of sky train is set up by using the multi-body dynamic software Universal Mechanism.The nonlinearity of tire track interaction，damper and stoping are considered in the model.The dynamic response of vehicle system is calculated to study the key suspension parameters of sky train system，and the results show that the height of guide wheel should be set as low as possible to the height of drive wheel axle，this is a reasonable change；a certain pre-pressing force between guide wheel and rail is necessary，but should not be too large；the equivalent damping of lateral damper should be greater than 50kN.s/m，to ensure the well behavior of lateral stability，so the lateral swing of train can quickly converge when passing a curve.The equivalent damping of vertical damper should be set in a range of 30～40kN.s/m，in order to ensure good behavior of train's vertical stability.

sky train；suspension parameter；guide wheel；damper

U232

10.16037/j.1007-869x.2017.08.009

2017-02-11）