铁道车辆独立旋转车轮转向架驱动方法研究

Left and right wheels are rigidly coupled in traditional railway bogie. Therefore the curving performance is restricted fundamentally. Independent Rotating Wheels (IRW) realized the decoupling of wheels. The capability of super sharp curve negotiation and the feature suitable for the low floor vehicles of the IRW indicate its practical application potential, especially in the urban railway transport system. However, the self-guiding effect of longitudinal creep force is missing, therefore the practical application of IWR is strictly limited. This study proposed a novel IRW running gear using inverse tread wheel, in which the outside rotating radius is larger than the inside rotating radius. In the proposed IRW system, the outside-oriented gravity restoring forces consist the self-guiding torque, which can adjust the wheels to the radial position of the curve track. The simulation and scaled model experiment will be carried out to study the dynamic characteristics of inverse tread IRW running gear. A novel solution to drive the IRW will be proposed, in which the rotation speed of driving IRW with traditional tread shape will be controlled by using the rotation speed difference of non-driving IRW with inverse tread shape. The self-guiding ability will be preserved in the condition that driving torque is introduced. The fundamental method to drive IRW will be established in the study.

铁道车辆转向架一般采用将左右一对车轮固结在同一根车轴上的刚性固结轮对，其曲线通过性能受到结构上的限制。独立旋转轮对实现了左右车轮的解耦，其急曲线通过能力和适于车辆低地板化的特点使其在城市轨道交通中具有非常好的应用前景。但传统固结轮对基于纵向蠕滑力矩的导向性能在独立旋转车轮转向架上不复存在，大大限制了独立旋转车轮的实际应用。本人提出的独立旋转车轮转向架使用外侧旋转半径大于内侧旋转半径的反向车轮踏面，可以利用指向外侧的重力复原力形成自导向力矩，将车轮调整到轨道曲线的径向位置。研究将利用仿真分析与模型实验相结合的方法，分析其动力学特性；并进一步考虑其驱动问题，提出利用从动行驶的反向踏面独立旋转车轮的转速差，控制驱动行驶的正向踏面独立旋转车轮转速的方法，使得独立旋转车轮在驱动行驶条件下依然具有自导向能力。本研究将解决独立旋转车轮行驶装置的基本驱动方法问题，为其实际应用奠定理论基础。

独立旋转车轮（IRW）轨道行驶装置实现了左右车轮在旋转方向上的解耦，轨道车辆的曲线通过能力有望得到根本上的提高。EEF转向架和反向踏面锥度IRW都可以利用轮轨间的几何接触力形成自导向力矩，实现IRW的自导向行驶。.本项目对驱动行驶条件下的独立旋转车轮轨道行驶装置进行研究，驱动力的介入使轮轨间产生纵向作用力，进而对于横摆运动中心形成横摆力矩，影响导向功能。分析结果表明实用条件下的参数设定将导致驱动行驶的IRW失去自导向能力。.研究还发现通常用于IRW行驶装置以实现横向对中的非线性踏面不适用于反向踏面锥度IRW行驶装置。简单地将非线性踏面车轮左右翻转并不能保证反向踏面锥度IRW具有自动对中性能。.本研究着眼于支配反向踏面锥度IRW行驶装置横向运动的轮轨几何接触力，提出了基于目标重心轨迹的车轮踏面形状反求的设计方法，实现了横向自动对中，为后续研究奠定了基础。.提出了将反向踏面锥度IRW与正向踏面锥度IRW相结合，利用作为从动轮的反向踏面锥度IRW的自导向功能获得曲线信息，将曲线行驶的理想转速差反馈至正向踏面锥度IRW驱动轮的方法，以实现IRW的自导向驱动行驶。.利用多体动力学仿真软件SIMPACK对提出的方法进行了仿真研究，并完成了缩尺模型的设计制作，后续将在仿真与模型实验两方面继续开展IRW驱动行驶方面的研究工作。