掛車列車通過(guò)性的研究

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院　　郝辰杰　呂彩琴　李博

掛車列車通過(guò)性的研究

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院郝辰杰呂彩琴李博

本論文運(yùn)用ADAMS/View建立某雙掛列車的精確模型，通過(guò)理論計(jì)算對(duì)該掛車列車轉(zhuǎn)彎過(guò)程進(jìn)行了分析。并聯(lián)合應(yīng)用ADAMS/Car的道路模塊通過(guò)ADAMS/View進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后得出理論計(jì)算與仿真結(jié)果基本吻合，為多掛車的轉(zhuǎn)彎過(guò)程分析做出了理論性的指導(dǎo)。

掛車列車；通過(guò)性；ADAMS/View

引言

目前，全球只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家使用掛車列車提高交通運(yùn)輸力和緩解交通壓力。在我國(guó)掛車列車還沒(méi)投入使用，也沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其通過(guò)性問(wèn)題更是亟待解決。本文應(yīng)用ADAMS/View建立掛車列車的整車仿真模型，并聯(lián)合應(yīng)用ADAMS/Car的道路模塊對(duì)整車進(jìn)行通過(guò)性的仿真。在結(jié)合理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真結(jié)果，客觀評(píng)價(jià)掛車列車的通過(guò)性。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于分析掛車列車在城市道路通過(guò)性的評(píng)價(jià)和通過(guò)性的提高具有重要意義。

1　掛車列車的轉(zhuǎn)彎過(guò)程分析

掛車列車的外廓尺寸如表1所示，它的橫向和縱向外形尺寸如圖1所示。

圖1　掛車列車橫向尺寸圖

1.1轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引車和掛車1之間的關(guān)系分析

圖2　轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引車和掛車1之間的關(guān)系

如圖2，在列車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，假設(shè)OC=R，牽引車的角速度ω1，則，

θ的變化取決于CO和CD的旋轉(zhuǎn)。在微小的時(shí)間［t，t+dt］里，OC旋轉(zhuǎn)了ω1*dt，同樣CD旋轉(zhuǎn)了ω2*dt。因此有θ的微量改變。

從而可得：

其中認(rèn)為ω1為常量，則牽引車車體轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：

通過(guò)以上分析可知，當(dāng)前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角α＞27°時(shí)，OC＜CD，該列車轉(zhuǎn)彎不能形成圓；α＜27°時(shí)，OC=CD，牽引車與1號(hào)掛車轉(zhuǎn)彎瞬心重合，牽引車和掛車1可以形成穩(wěn)定圓。

1.2轉(zhuǎn)彎時(shí)，考慮掛車2的影響，掛車列車的轉(zhuǎn)彎分析

當(dāng)牽引車車身與掛車車身夾角小于90°時(shí)，若牽引車向前運(yùn)動(dòng)，掛車會(huì)出現(xiàn)倒車現(xiàn)象。當(dāng)牽引車車身與掛車車身夾角大于90°的轉(zhuǎn)彎時(shí)，如圖3所示，A是牽引車前軸中心，B是牽引車轉(zhuǎn)向中心，C是牽引車與掛車1的鉸接點(diǎn)，D是掛車1的轉(zhuǎn)向中心，E是掛車1與平板拖車的鉸接點(diǎn)，F(xiàn)是平板拖車的轉(zhuǎn)向中心，G是掛車2的轉(zhuǎn)向中心，VA、VB、VC、VD、VE、VF、VG分別是對(duì)應(yīng)于A、B、C、D、E、F、G各點(diǎn)的瞬時(shí)速度。

圖3　掛車列車轉(zhuǎn)彎分析示意圖

牽引車?yán)^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)后，各車廂瞬心O交于2號(hào)掛車的轉(zhuǎn)彎圓心G點(diǎn)，出現(xiàn)整車轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)，如圖4所示。此后，整車將會(huì)以G為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)。

圖4　牽引車?yán)^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生穩(wěn)定狀態(tài)

由圖4可以看出：當(dāng)牽引車在前輪的內(nèi)轉(zhuǎn)角為18°、外轉(zhuǎn)角為15°的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)，整車的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，牽引車與1號(hào)掛車的車廂夾角是142°，1號(hào)掛車與掛車拖車的車廂夾角為142°，掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角變成90°。此時(shí)該掛車列車的最大轉(zhuǎn)彎半徑為16756mm，說(shuō)明在該轉(zhuǎn)彎半徑下需要的路寬最少是16756mm。當(dāng)前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角大于18°做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角就會(huì)小于90°，從而出現(xiàn)車廂相互碰撞或者有車廂后退等不穩(wěn)定狀態(tài)。

2　掛車列車轉(zhuǎn)彎過(guò)程仿真

2.1最小轉(zhuǎn)彎半徑

仿真時(shí)后輪驅(qū)動(dòng)函數(shù)為Function（time）=360d*time，前輪轉(zhuǎn)向函數(shù)為STEP（time，13，0，14，19.0d）。在仿真過(guò)程中，前11s車輛加速直線行駛，11s后獲得12km/h的穩(wěn)定車速。第13s時(shí)，前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角開始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，到第14s時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到19°。然后保持該狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。在仿真中可以看出：牽引車與1號(hào)掛車形成穩(wěn)定的夾角后，就保持不變，掛車1與平板拖車的夾角逐漸變小，而后也保持不變，最后掛車托臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角近似達(dá)到90°，如圖5、圖6所示。

圖5　牽引車內(nèi)轉(zhuǎn)角為19°時(shí)，產(chǎn)生的穩(wěn)定姿態(tài)

圖6　牽引車內(nèi)轉(zhuǎn)角為19°時(shí)，生成的穩(wěn)定圓環(huán)

如果將前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角的19°改為20°，掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的角度就會(huì)小于90°，出現(xiàn)甩尾、折疊等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3　結(jié)論

仿真驗(yàn)證得出了，該掛車列車的最小轉(zhuǎn)彎直徑為：34.6m，需要路寬為32m。通過(guò)理論計(jì)算得出：D=2R=33.5。實(shí)際值與理論值偏差3.2%，基本吻合。本文對(duì)多掛車通過(guò)性的計(jì)算提供了一定的理論依據(jù)。

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郝辰杰，1988年出生，山西忻州人，碩士研究生，研究方向：整車設(shè)計(jì)。