学生姓名：孔苓吉

班学生级：机械2017-02班

指导教师：梁红琴

毕设题目：某型地铁车轮多边形对车辆动力学性能的影响研究

一、概况

1.选题意义

在城镇化高度发展的今天，城市的人口日益膨胀，随之带来的交通压力也日益增大。地铁以其环保、高效、准时、不占用地面空间等优势受到各大中城市的青睐，也是人们非常欢迎的交通方式之一。近几年，地铁建设在我国如雨后春笋般大量涌现，地铁交通在国民生活中扮演越来越重要的角色。

随着我国地铁的快速发展，车轮多边形磨损现象日渐突出。车轮多边形作为车轮失圆的一种特殊情况，会加剧轮轨间相互作用力，引起车辆和轨道零部件的剧烈振动，降低各部件的使用寿命，增大车内噪声，影响乘坐舒适性，甚至会威胁到行车安全。因此，车轮多边形磨耗是城轨交通领域的一个热门话题，有必要对地铁列车车轮多边形问题进行全面深入研究。本次课题以某型地铁车辆为研究对象，利用Simpack建立车辆多刚体动力学模型，研究不同速度、不同多边形阶数、不同多边形波深及不同相位下多边形对车辆动力学性能的影响规律，包括轮轨力，轴箱加速度，脱轨系数，轮重减载率、轮轴横向力等指标。这个研究对保证地铁车辆正常安全运行具有一定的理论参考价值和工程应用价值。 

2.任务分解

本次课题我将分为五个阶段进行：

（1）资料搜集与整理。深入了解轨道车辆的各个组成部分结构和拓扑关系，了解地铁车辆车轮多边形形成机理，了解车辆系统动力学性能评价标准。

（2）学习掌握Simpack软件的使用，熟悉该软件的前处理界面、后处理界面，学习几个入门实例，着重掌握轮对模型、转向架模型、客车模型的建立和曲线轨道的建立。

（3）完成仿真方案制定，建立车轮多边形分析模型。

（4）完成仿真分析和数据整理，对建立的模型进行后处理，完成不同速度、不同多边形阶数、不同多边形波深及不同相位下多边形对车辆动力学性能的影响规律仿真分析，包括轮轨力，轴箱加速度，脱轨系数，轮重减载率、轮轴横向力等指标。

（5）归纳总结车轮多边形对车辆动力学性能的影响规律并撰写论文。

二、已完成工作

1、相关资料搜集与学习

阅读相关文献和书籍，了解国内外的研究现状。深入了解车轮多边形的几何描述方法，检测方法和多边形测量数据处理方法等相关知识。了解轨道车辆的各个组成部分结构和拓扑关系、地铁车辆车轮多边形形成机理、车辆系统动力学性能的安全性、稳定性、平稳性和轮轨动态作用评价指标。同时完成了外文文献的翻译。

学习多体系统动力学仿真软件Simpack，熟悉该软件的前处理界面、后处理界面，掌握解算器的设置，学习铁路应用实例，着重掌握轮对模型、转向架模型、客车模型的建立和曲线轨道的建立。

3、地铁车辆车轮多边形动力学模型的建立

完成仿真方案制定，分别在直线和曲线轨道下研究长沙地铁2号线车辆速度在30-80km/h之间、0.1-0.5mm波深、0-15阶、0-360°相位角的车轮多边形对轮轨力等5个动力学性能指标的影响规律。根据《地铁设计规范》,曲线轨道选取半径为500m，缓和曲线半径根据曲线半径、列车通过速度、曲线超高设置。建立车轮多刚体动力学分析模型，其主要由车体、构架、轴箱与轮对，以及一系与二系悬挂组成。

4、仿真分析和数据整理

对建立的模型进行后处理，完成不同速度、不同多边形阶数、不同多边形波深及不同相位下多边形对车辆动力学性能的影响规律，包括轮轨力，轴箱加速度，脱轨系数，轮重减载率、轮轴横向力等指标的仿真分析。

主要分为两个部分，即地铁车辆在直线轨道下的轮轨垂向力、轴箱垂向加速度的分析。根据仿真图像，把相关指标的值记录在Excel中并用Origin绘制成点线图。

曲线轨道下主要讨论车辆运行安全，安全性也是车辆动力学性能的重要评价指标，主要涉及车辆是否会出现倾覆和脱轨问题，因此对地铁车辆在曲线轨道下的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等指标进行仿真分析。 

三、下一步工作计划

接下来我的任务是总结车轮多边形对车辆动力学性能的影响规律并撰写论文。

在总结影响规律方面，分为：1.地铁车辆在直线轨道下，总结在不同速度和多边形阶数的影响下、在不同速度和多边形波深的影响下、在不同速度和相位差的影响下车轮多边形对轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的影响规律；2.地铁车辆在曲线轨道下，总结车轮多边形对脱轨系数、轮轴横向力、轮重减载率的影响规律。

在论文撰写方面，分为6个章节论述本次课题：绪论、车轮多边形的模型建立、车辆系统动力学性能评价标准、直线轨道下车轮多边形对车辆动力学性能的影响分析、曲线轨道下车轮多边形对车辆动力学性能的影响分析、结论与展望。

问题一：这次毕业设计的仿真方案你是如何确定的？

回题答：本次毕业设计我选取的研究对象是长沙地铁2号线，其最高运行速度为80km/h，平均运行速度为30km/h。且由于地铁车辆速度较低，多边形的阶数和波深也相对较小。因此我所确定的研究方案是研究地铁车辆分别在直线和曲线运行轨道下，车辆速度在30-80km/h之间、0.1-0.5mm波深、1-15阶、0-360°相位角的车轮多边形对轮轨力等5个动力学性能指标的影响规律。同时，直线轨道下主要是对轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的研究，曲线轨道下是对脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力的研究。

问题二：你所得出的仿真数据的有效性验证了吗?

回题答： 我已经验证过了。通过与相关关于地铁车辆轮对多边形的动力学影响分析的文献进行对比，我的仿真图形和数据都在合理的范围值内。同时仿真数据也符合《高速动车组整车试验规范》的相关要求。

经过4个月的努力，我的毕业设计取得了一定的进展，在这个过程中我也收获很多。毕业设计不仅是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，更是对我们所学知识的一种检测与丰富，是一种综合的学习过程，这一过程对我们的学习能力和独立思考能力也是一个培养。在这个过程中，我学着去搜集材料、调查研究，遇到困难尝试先去文献资料里面找答案，然后才是请教老师和师兄。本次毕业设计我最大的收获是更加熟悉一次课题研究的全过程，让我的文献收集与阅读能力、研究能力、沟通能力得到了明显的提高，这对我以后的学习工作具有重要的意义。

毕业设计进行5个月以来，最要感谢的是我的导师梁红琴老师，一直以来对我的耐心指导与帮助。从我选择这个课题开始，到文献收集、软件学习、方案确定、仿真分析的每个阶段都给予我帮助，耐心解答我的疑问，让我时刻有着清晰的目标，按自己的计划进行毕设研究。同时，我要感谢刘奇锋师兄和龙辉师兄，在毕设的全过程中，特别是在我软件学习和操作方面，对我的指导与帮助，让我能更加熟练的运用Simpact进行后续的研究。

同时，感谢本次中期答辩老师们的提问与建议，让我对目前的研究进度有了更加清晰的认识，对现阶段毕业设计中所存在的问题也有了清楚的认识。接下来我会认真思考毕业设计中所存在的问题，进行改进与完善，继续按计划认真完成下一个阶段的任务，争取让毕业设计有个完美的结题。