APM車輛運(yùn)行平穩(wěn)性仿真分析

李 耀

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074）

自動(dòng)旅客捷運(yùn)（Automated Passenger Mover，APM）系統(tǒng)作為城市軌道交通的一種新興典型制式，有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)[1]。平穩(wěn)性是APM車輛動(dòng)力學(xué)性能的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此，本文通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真元件ADAMS建立了APM車輛的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)其運(yùn)行平穩(wěn)性進(jìn)行仿真研究。

1 APM車輛運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

規(guī)范GB5599—85[2]規(guī)定客車的平穩(wěn)性由Sperling指數(shù)W來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。W由公式（1）所示：

式中：W—平穩(wěn)性指數(shù)；A—振動(dòng)加速度，g取9.8 m/s2；f—振動(dòng)頻率，Hz；F(f)—頻率修正系數(shù)。頻率修正系數(shù)如表1所示。

如果在一振動(dòng)方向上同時(shí)具有兩種及以上的頻率成分時(shí)，需要先對(duì)加速度時(shí)間歷程進(jìn)行傅里葉變換，得出不同頻率的加速度值，然后根據(jù)公式（1）算出各個(gè)頻率下的平穩(wěn)性指數(shù)Wi，最后將該振動(dòng)方向上所有的平穩(wěn)性指數(shù)Wi按照公式（2）計(jì)算得到綜合的平穩(wěn)性指數(shù)W。

表1 頻率修正系數(shù)

因此，得出APM車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2 APM車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立

根據(jù)APM車輛的結(jié)構(gòu)和線路特點(diǎn)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了APM車輛動(dòng)力學(xué)模型。該模型中，詳

細(xì)考慮了車體與轉(zhuǎn)向架及轉(zhuǎn)向架各部件之間的聯(lián)系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。單節(jié)APM車輛動(dòng)力學(xué)模型包括3個(gè)剛體：一個(gè)車體和兩個(gè)轉(zhuǎn)向架[3]。車體和轉(zhuǎn)向架均具有點(diǎn)頭、浮沉、橫移、搖頭和側(cè)滾5個(gè)自由度[4]。導(dǎo)向輪具有搖頭自由度，走行輪具有點(diǎn)頭自由度，單節(jié)車輛共計(jì)有27個(gè)自由度。動(dòng)力學(xué)模型如圖1所示。

表2 車輛運(yùn)行平穩(wěn)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 APM整車動(dòng)力學(xué)模型

3 APM車輛運(yùn)行平穩(wěn)性仿真及評(píng)價(jià)

3.1 空載工況運(yùn)行平穩(wěn)性仿真

運(yùn)行工況：軌道類型R500，車速40 km/h，導(dǎo)向輪與導(dǎo)向軌剛好接觸，不設(shè)預(yù)壓力。仿真得到如圖2所示的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。

圖2上部分為加速度時(shí)間歷程，依次為車體質(zhì)心3個(gè)方向（X、Y、Z方向）的加速度時(shí)間歷程曲線；下面為相應(yīng)加速度時(shí)間歷程的FFT頻域變化曲線[5]。

3.2 滿載工況運(yùn)行平穩(wěn)性仿真

運(yùn)行工況：軌道類型R500，車速40 km/h，導(dǎo)向輪與導(dǎo)向軌剛好接觸，不設(shè)預(yù)壓力。仿真得到如圖3所示的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。

圖2 空載加速度時(shí)域（頻域）歷程曲線

圖3 滿載加速度時(shí)域（頻域）歷程曲線

限于篇幅僅給出了空載和滿載各一種工況下的車體質(zhì)心加速度仿真曲線。其余工況下，根據(jù)仿真結(jié)果，求出車輛以不同車速行駛時(shí)的垂向、橫向平穩(wěn)性指數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 平穩(wěn)性評(píng)價(jià)結(jié)果

規(guī)范GB5599—85規(guī)定車輛的平穩(wěn)性Sperling指數(shù)W小于2.5，車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性即表現(xiàn)優(yōu)。從表3可以看出，APM車輛在不同車速空載或滿載狀態(tài)下的橫向及垂向平穩(wěn)性均小于2.5，故評(píng)定其運(yùn)行平穩(wěn)性等級(jí)均為優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先參考客車運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)，建立了適合APM車輛運(yùn)行平穩(wěn)性的評(píng)價(jià)方法。通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了APM車輛的動(dòng)力學(xué)模型，仿真得到了車輛在不同工況下運(yùn)行的車體質(zhì)心加速度曲線。計(jì)算得出車輛以不同速度行駛時(shí)的垂向和橫向平穩(wěn)性指數(shù)。結(jié)果表明，APM車輛在不同車速空載或在滿載狀態(tài)下均具有較好的運(yùn)行平穩(wěn)性。

[參考文獻(xiàn)]

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