并联互通液电馈能式主动径向转向架理论及试验研究

As the artery of national economy, the railway transportation has stepped into the phase of high speed and heavy load, which proposes higher demand to the vehicle lateral and curly stability. The project thus works out a new type of active energy self-supply radial steering technology -- the parallel interconnection hydraulic-electric energy-harvesting active radial steering bogie system. It develops the research in terms of the coupling dynamic features of "machine-electro-hydraulic" in the parallel interconnection hydraulic-electric energy-harvesting suspension, the coupling scheme between radial steering driving force and rail track creeping force, and the effect of the driving force of motor on vehicle body motion. The project establishes a vehicle dynamics model and wheel-rail creep force model, combining with the simulation test of vehicle dynamics, the bench test of suspension system, and the loop testing of the steering driving motor hardware, and analyzes the transformation process of “energy-force” in the hydraulic electric energy-harvesting active steering bogie, in order to find out the optimal controlling method of radial steering driving force and construct a basic theory frame of the energy self-supply active radial steering bogie system. This new system can take the initiative to adjust status of wheels and rail wear, effectively optimize lateral and curly stability, and reduce wheel and rail wear, thus has a good practical value and further prospective in reducing the maintenance, increasing the speed and ensuring the ride and stability.

作为国民经济动脉的铁路运输系统进入了高速化与重载化的发展轨道，对车辆横向稳定性和曲线通过性提出了更高的要求。为此，本项目提出了一种新型的能量自供给主动径向转向技术——并联互通液电馈能式主动径向转向架系统。并且在并联互通液电馈能式悬架系统“机-电-液”耦合动力学特性、径向转向驱动力与轮轨间蠕滑力耦合机理、电机驱动力对车身运动状态的影响机理三方面开展研究工作。通过建立悬架、整车动力学模型和轮轨间蠕滑力模型，结合整车动力学仿真试验、悬架系统台架试验和转向电机硬件在环试验，分析该转向架系统“能量-力”的传递转化过程，探明径向转向驱动力优化控制方法，构建能量自供给主动径向转向架系统的基础理论体系。该转向架系统能够依据列车行驶状态主动调节轮对与轮轨的接触关系，有效优化车辆横向稳定性和曲线通过性，减少轮轨磨耗，对降低铁路运行维护成本，提高行车速度，增强行车平顺性和稳定性等方面具有重要意义和实用价值。

作为国民经济动脉的铁路运输系统进入了高速化与重载化的发展轨道，对车辆横向稳定性和曲线通过性提出了更高的要求。为此，本项目提出了一种新型的能量自供给主动径向转向技术——并联互通液电馈能式主动径向转向架系统。并且在并联互通液电馈能式悬架系统“机-电-液”耦合动力学特性、径向转向驱动力与轮轨间蠕滑力耦合机理、径向机构对车身运动状态的影响机理三方面开展研究工作。本项目基于悬架的工作原理，以美国轨道五级谱激励输入，得出蓄能器弹性力的在一定程度上表征了该悬架的刚度特性；该悬架的阻尼特性在第一共振频率附近和以下表现不如传统悬架，但随着频率增加，其加速度表现逐渐改善；互联的液电馈能减振器馈能效率约为四个单一液电馈能减振器馈能效率近两倍，平均功率达到了1.5KW，通过台架试验验证了仿真的正确性。本项目设计了一种新型主动径向转向架，并分析该转向架的径向机构运动学与轮对导向时轮轨蠕滑力原理，接着推导该径向作动器（径向转向驱动电机）的动力学以及模糊PID控制模型，最后结合动力学模型仿真分析研究径向转向驱动力与轮轨间蠕滑力耦合机理。得出结论：对比常规车辆，控制与作动器位移量匹配合适的径向转向驱动力，能够极大地降低轮轨间蠕滑力。本项目建立上文提出地主动径向转向架单节车辆刚柔体动力学模型，基于动力学与控制模型进行联合仿真研究主动径向机构在传力过程中对车身运动状态与动力学性能的影响，得出结论：对比常规车辆，主动径向机构并不会使车身运动状态变差，反而增强了车辆高速运行稳定性，提高了车辆乘坐舒适性。且车辆不易脱轨、倾覆，更改善了轮对的导向性能使车辆更容易通过曲线，经过试验验证了仿真结果的正确性。综上所述，采用本项目提出了一种新型的能量自供给主动径向转向技术，能够收集近1.5KW的轨道振动的能量；提高车辆高速运行稳定性与乘坐舒适性，使车辆不易脱轨、倾覆，能够大大地减少轮轨磨耗、减缓轮对损伤，提高轮对的使用寿命。