本站原创本文是一篇机构论文范文,机构类本科毕业论文范文,关于摆式列车机电式倾摆机构的优化综述相关专升本毕业论文范文。适合机构及铁路客车及铁路系统方面的的大学硕士和本科毕业论文以及机构相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要:摆式车辆作为提高既有铁路运行速度的一个重要技术措施,在国外已经得到了广泛应用.本文对机电式倾摆系统机构的原理、显著效益特点进行介绍,并对机电式倾摆机构的一般优化方法进行了简单的探讨.
关 键 词 :摆式列车 机电式 倾摆机构优化
中图分类号:TQ153文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-032-01
要提高铁路列车的运行速度,有两种可行的方法:一是改建或修建高速铁路,运行高速列车,二是采用摆式列车.其中修建高速铁路是从根本上解决运能和速度的问题,但修建高速铁路需要巨额投资,周期长,所以在投资有限的前提下,只能修建少数高速线路.另外,由于高速铁路客车的票价昂贵,从国内目前修建的高速铁路来看,运行效益欠佳.而如果采用摆式列车,则投资少、见效快,并且摆式车辆在国外已经得到广泛应用,已经证明了其所带来的巨大经济效益.
1机电式倾摆系统机构原理
机电式倾摆系统的核心是机电式作动器和电机伺服驱动器.机电式作动器的主要结构原理如图1所示.在控制指令作用下,伺服电机通过驱动器可正反向转动, 通过行星齿轮箱减速带动滚珠丝杆螺旋副, 将电机的旋转运动转变为螺母的直线运动, 从而使作动器产生伸缩运动, 通过摇枕使车体倾摆.
由于制约机电式倾摆机构的因素有很多,如:运行的安全性与可靠性、倾摆作动器的力和功率、倾摆角度以及倾摆过程对车体可利用空间的影响等等.因此在设计倾摆机构时,必须要综合考虑这些因素,将这些因素合理的结合在一起,实现倾摆机构的正常、高效的工作.因此有必要对倾摆机构进行一些优化.
2摆式列车的特点
在讨论对倾摆机构进行优化之前,我们先来了解一下使用摆式列车的显著特点.
(1)投资少,见效快.摆式列车对线路条件要求较低,只需对现有线路稍作整治,对基础设施稍作适当的改进,就能达到大幅度提速的目的.
(2)技术成熟,适合我国的地理状况.我国铁路线路复杂,多曲线线路众多,因此适合在多曲线线路上推广摆式列车,提高区域的运输效率.
(3)低能耗,减少污染,保护环境.曲线通过速度的提高可减少列车进入曲线前的减速和通过曲线后的加速,从而减少了列车牵引耗能.另外,由于采用摆式列车,不需要改造既有线路,减少了对环境的破坏,保护了生态环境.
3优化方法
目前,对倾摆机构的优化方法,多数的思路是首先建立数学模型,然后利用数学方法对模型进行优化,调整各个参数之间的关系,从而达到最佳的优化效果.
3.1 建立数学模型
对倾摆机构的性能有直接影响的参数包括: 四连杆机构中各个杆件的长度、作动器的安装位置和倾摆机构的安装高度.由于安装空间有限的缘故, 后几个参数变化范围很小, 甚至不能变动.因此, 通常选取四连杆长度作为数学模型的设计变量.通过分析四连杆运动时对车体各部分随倾摆角的变化,以及倾摆机构在摆式车辆通过曲线时的受力模型,从而达到建立摆式车辆车体和倾摆机构的动力学方程.由于本文内容有限,因此在此不对建模过程进行推导分析,具体建模过程可参考相关文献.
3.2 优化方法
对倾摆机构建立好数学模型之后,通常通过优化方程式的方法来优化各个参数.倾摆机构优化属于多变量的非线性优化问题,优化过程分两个步骤进行优化求解: 首先,用线性加权和法将多目标最优化问题转化为单目标最优化问题,然后再利用复合形法求解所得到的单目标最优化问题.复合形法不需求偏导数,计算量小,收敛较快,适应中小问题,但是其缺点是有时不能收敛到最优点.这种优化方法主要是运用了求解数学方程式的最优解来实现.
由于倾摆机构涉及到的变量较多,另外一种优化的思路是根据各控制参数的实际重要性,对各控制参数赋予权重系数.如为了保证旅客乘坐空间,因此给车体外形的最大宽度赋予权重最大,而作动器的行程直接影响转向架的结构设计的可行性,如果其行程过大,则可能导致转向架的空间无法布置,因此其权重次之,又如,倾摆机构的设计应保证列车的运行安全,而倾摆机构对轮重减载率的影响不是很大,故其权重可以稍微降低.其余参数的权限可以根据研究结果或经验依次进行加权调整.这种优化方法通过合理分配各个参数的权重值,从而达到优化的目的.
4结论
本文对机电式倾摆系统机构原理进行了描述,指出了使用摆式列车对我国经济所带来的显著效益特点.摆式列车的技术已经比较成熟,在国外也已经得到了广泛的应用.我国铁路系统复杂,很多山区的铁路线路都属于多曲线线路,因此在经济能力有限的情况下,可以通过发展摆式列车来提高列车运行速度.在设计摆式列车时,可以充分考虑本文所提出的优化思路.根据系统的不同要求,选用不同的优化方法,使摆式列车能发挥最大经济效益.