《(毕业论文)直接进行横向稳定性优化设计(可编辑)【大学毕业论文】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(毕业论文)直接进行横向稳定性优化设计(可编辑)【大学毕业论文】（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（毕业论文）直接进行横向稳定性优化设计（毕业论文）直接进行横向稳定性优化设计基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 摘要 II Abstract III 第 1 章绪论 1 11 论文选题背景 1 12 用遗传算法优化车辆悬挂参数的意义 1 13 本文所做的工作 1 第 2 章车辆悬挂及车辆横向动力学的基本理论 2 21 机车悬挂装置 2 22 蠕滑 2 com 2 com 4 23 轮轨重力特性 5 com 轮对重力刚度 5 com 轮对重力角刚度 6 24 二轴转向架机车横向动力学 7 com 概述 7 com 走行部参数对横向稳定性的影响 7 25 轮对和转向架的蛇行运动 8 第 3
2、 章动力学模型的建立 9 31 Simpack 软件 9 com Simpack 软件的介绍 9 com 软件特点 9 com 客车系统建模 10 32 车辆系统的建模 11 33 车辆参数 11 34 建模基本假设 14 35 利用仿真软件 Simpack 建立客车动力学模型 15 第 4 章 动力学模型悬挂参数的优化 25 41 遗传算法介绍 25 com 法定义 25 com 法特点 25 com 法应用 25 com 法现状 26 42 ISIGHT 软件 27 comGHT 软件的介绍 27 com 点 27 43 运用 Isight 建立优化模型 28 com 案 28 com 程
3、 28 44 计算结果 42 结论 43 结束语 44 参考文献 45 文献翻译 文献原文 I 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 摘要 针对铁路大发展对列车的舒适性稳定性要求越来越高人性化是当今社会各 个生产领域都追求的目标怎样使列车即快又稳已经成了当务之急的问题而解决 这一问题的关键之一就是优化悬挂系统本文采用了很多领域都有应用的优化方法 遗传算法并将遗传算法与机车车辆横向动力学配合使用设计了一套适用于 7 个悬挂参数的优化方案然后通过 Simpack 软件建立动力学模型将其与优化 软件 Isight 集成并通过 Isight 进行 7 参数优化得到了各参数在可行域内的最 优解优化
4、后的临界失稳速度有了明显提高这样就达到了使列车更快更稳的目的 关键词遗传算法机车车辆动力学多参数优化 II 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 Abstract For railway development to train the comfort of stability increasingly demanding Humane society today is all production areas the objectives pursued how to make the train that is fast and steady has become a priorit
5、y issue The solution to this problem is one of the keys to optimize the suspension system In this paper a lot of areas have applied optimization methods - genetic algorithm and genetic algorithms and rolling stock with the use of horizontal dynamics design a set of seven This applies to optimize the
6、 parameters of the programme and then through the establishment of dynamic software Simpack Model its integration and optimization software Isight and through Isight seven parameters optimized has been possible within the parameters in the optimal solution After the optimization of the critical fail
7、ure rate has been noticeably improved so that the train reached the objective of faster and more stable Key words genetic algorithms locomotives and rolling stock dynamics multi-parameter optimization III 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 第 1 章 绪论 11 论文选题背景 机车车辆必须具有良好的横向动力学性能确保运动稳定和走行平稳以满 足安全与舒适的需要因此设计中已大量使用优化方
8、法来合理地选择悬挂参数 以获得较高的临界速度和较弱的随机响应但是由于悬挂元件的多样性以及它 们对横向动力学影响的复杂性常规的优化算法往往难于综合考虑多个参数和获 得全局最优解遗传算法自产生 30 多年来在解决多参数及全局优化问题上 已得到了成功的应用并且由于其算法简单和使用条件的开放性受到了人们的 广泛关注 12 用遗传算法优化车辆悬挂参数的意义 优化设计越来越成为现代设计的重要手段对复杂的机车车辆多刚体动力学 系统进行多参数优化是合理选择悬挂参数的有效途径遗传算法因为其自身的高 度适应性对于多参数寻优非常有效 机车 7 参数优化结果证明使用遗传算法对机车车辆横向动力学多参数悬挂 系统进行优化
9、在提速列车性能改进或高速机车车辆的设计方面具有实用价值 本文设计的优化方案不仅成功地实现了遗传算法对优胜劣汰自然法则的模拟 遗传算法具有高度的鲁棒性能够同时搜索解空间的许多点避免了其他算 法容易在局部最优解附近徘徊的缺点达到充分而快速的全局收敛同时由于使 用条件的开放性使遗传算法能够使用于各类问题的优化求解 13 本文所做的工作 1 运用 SIMPACK 软件依据 Manchester Benchmarks for rail vehicle simulation 中的 vehicle 1 建立车辆动力学系统模型 2 采用多学科优化软件 iSight 实现与 SIMPACK 的集成 3 应用遗传
10、算法对车辆横向悬挂参数进行优化以提高车辆运行临界失稳 速度 1 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 第 2 章 车辆悬挂及车辆横向动力学的基本理论 21 机车悬挂装置 com 水平悬挂 现代机车设计时对一系的水平悬挂含纵向横向刚度及轮对摇头角刚度 给予了很大关注因为它关系到机车直线运行的稳定性及曲线通过性能的好坏 而这两者时相互矛盾的 下面列出 DF 及 SS 型机车的轴箱纵向刚度 k 及横向刚度k 数值供参考 4 7 1x 1 y DF 4 k 25kNmm k 383kNmm 三轴转向架轴距 21800mm 1x 1y SS k 16 kNmm k 772kNmm 二轴转向架轴距
11、2880mm 7 1x 1y 此外对纵向刚度的选择除保证横向稳定性外还要考虑牵引力或制动力 作用时轮对纵向位移不能太大因此虽然降低 k 有利于曲线通过但也受 1x 到限制在曲线上较低的 k 值使轮对易于占径向位置利于曲线通过 1x com 水平悬挂 现代机车二系水平悬挂的纵向刚度及横向刚度普遍较低目的是保证高速运 行时横向稳定性及顺利通过曲线对于采用高圆簧加橡胶垫机构的二系悬挂由 于橡胶的作用可以把二系纵向刚度 k 及横向刚度 k 设计得很低为了顺利 2x 2y 通过小半径曲线一般将转向架的纵向刚度 k 形成回转刚度设计得低于横向刚 2x 度例如选取 k k 12 左右 2x 2y 22 蠕滑
12、 com 1 蠕滑这个物理现象 在任何两个相互滚动接触的弹性体之间是始终存 在的当它们之间没有运动时蠕滑现象无法显示出来只是在两物体之间产生 相对滚动时才产生了蠕滑效应轮轨之间的蠕滑是在一定条件下产生的蠕滑 亦称轮轨接触斑金属表层的弹性滑动包含微量弹性变形和微量滑动是介于纯 滚动和纯滑动之间的中间形式 首先轮轨是弹性体如果车轮和钢轨均为绝对刚体那么它们在垂向荷载 和粘着力的作用下不产生弹性变形也不会有切向变形因此车轮沿钢轨滚动时 也不会产生轮轨表面材料的相对运动亦即不会产生蠕滑现象 2 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 其次如轮轨虽为弹性体而轮轨之间没有正压力轮轨间不存在切向的粘着
13、力和切向的变形轮轨间不会产生蠕滑现象因此轮轨之间有一定的正压力和 车轮沿钢轨滚动缺少以上三个条件中的任何一个均不会出现蠕滑轮轨间有 纵向牵引力作用下有纵向蠕滑同样轮对上有横向作用力时轮轨间出现横向 蠕滑 车轮蠕滑速度由实际行进速度与纯滚动速度 V 之差所确定 1 V Vr 1 1 0 V 实际行进速度 1 r 车轮名义滚动圆半径 0 车轮绕车轴回转角速度 20 世纪初由英国的 Caner 提出了蠕滑力和蠕滑率之间的线性关系即 车轮实际横向速度车轮纯滚动前进速度 横向蠕滑率 21 y 车轮实际前进速度 车轮实际速度车轮纯滚动前进速度 纵向蠕滑率 22 x 车轮实际前进速度 式 21 式 22 中
14、车轮实际横向速度是指轮轨在钢轨上运行时由于存在横向 蠕滑作用而形成的车轮中心实际的横向速度车轮纯滚动横向速度是指车轮和 钢轨之间没有任何蠕滑时车轮中心理论横向速度两者之差即为横向蠕滑速度 车轮实际前进速度是指轮对在钢轨上运行时由于存在纵向蠕滑作用而形成的车 轮中心实际的纵向速度车轮纯滚动前进速度是指车轮和钢轨之间没有任何蠕 滑时车轮中心理论前进速度两者之差即为纵向蠕滑速度根据大量的理论分析 和试验测试表明蠕滑力和蠕滑率存在一定的关系当蠕滑率较小时蠕滑力和 蠕滑率之间是线性关系蠕滑率超过一定范围后蠕滑力和蠕滑率呈非线性关系 当蠕滑率增大到一定程度时蠕滑就变成滑动了而蠕滑力就变成了滑动力用 Kal
15、ker 的线性理论计算锥形踏面轮对作蛇行运动时的蠕滑力 蠕滑率由以下步骤求得 对于左轮有 左轮滚动半径 r r y 1 0 实际前进速度 Vb rb 0 纯滚动前进速度 r r y 1 0 实际横向速度 y 纯滚动横向速度 r 0 3 基于遗传算法的机车横向动力学参数的优化设计 横向蠕滑率 y yl r 0 b y 纵向蠕滑率 xl r r 0 0 com 具有弹性的钢质车轮在弹性钢轨上以一定速度滚动时就会在车轮与钢轨的 接触面产生一种极为复杂的蠕滑现象同时在轮轨接触斑上产生纵向孀滑力横 向蠕滑力及自旋蠕滑力力矩蠕滑力只有在蠕滑率很小的时候两者才呈非线性关 系的 在线性范围内蠕滑力和蠕滑率可以写成 F f 其中 f 称为蠕滑系数 横向蠕滑系数为 f 蠕滑系数 Kalker 线性蠕滑理论计算 f EabC 纵向蠕 22 22 0 0 22 滑系数为 f EabC 其中 E 为弹性模量 ab 为轮轨接触椭圆的长短轴 C 11 0 0 11
