滑行车运行过程的随机振动仿真.pdf

第13卷第5期
中国工程机械学报
Vol 13 No 5
2015年10月
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
Oct.2015
滑行车运行过程的随机振动仿真
朱玉田,郑立辉,陈龙安,刘钊,姚俊2,缪正荣2
(1.同济大学机械与能源工程学院,上海201804;2.上海市特种设备监督检验技术研究院,上海20033)3
摘要:基于 ADAMS建立了滑行车多体动力学模型,获取了滑行车行驶速度、行驶法向加速度以及姿态角等运动
参数,在此基础上,建立了滑行车1/4车体振动模型,并基于获取的滑行车运动参数建立其振动方程,通过
Simulink仿真获得了滑行车在健康状态下运行过程中的随机振动信号以及滑行车在典型故障车轮破损状态下
的随机振动信号.仿真结果和分析方法为滑行车的设计、安全性评估、故障诊断与预警研究提供了参考.
关键词:过山车;振动模型;车轮破损
中图分类号:TH12
文献标志码:A
文章编号:1672-5581(2015)05-0406-06
Random vibration simulation on roller coasters
during operational process
ZUYU G HE Lon n Zh, YAO, MAO Zhen-
( 1. College of Mechanical and engery Engineering, Tongii University, Shanghai 201804, China
2. Shanghai Institute of Special Equipment Inspection and Technic Research, Shanghai 200062, China)
Abstract: By establishing themulti-body dynamical model of roller coastersvia ADAMS M, such motion
parameters as driving speed, normal acceleration and postural angle are first obtained. Then, the
vibration model of one fourthbody, along with vibrationequation, is attained. Finally, the rand
vibra tionsignals of healthy and wheel broken conditions are simulate using Simulink. Therefore, the
simulation results and analysis methods set a reference to design, safety evaluation, fault diagnosis and
precaution for roller coasters
Key words roller coaster; vibrationmodel: wheel broken
滑行车类游乐设备主要由复杂多变的轨道和形来,人们基于虚拟样机技术,一般采用多体动力学
状各异的车体组合而成,常见的滑行车类游乐设备仿真软件对滑行车的运动学及动力学仿真分析进
有过山车、滑行龙、疯狂老鼠、矿山车等.如今,大型行了广泛的研究,但目前研究多集中在滑行车
游乐设施正朝着更高、更快、采用更多的先进技术、的运动参数如行驶速度、加速度等的仿真计算,对
运动形式更加复杂等方向发展.目前,全球最快的过滑行车车体的随机振动研究较少.
山车最高速度可达205lkm?h,最大提升高度可达
本文将过山车类滑行车作为研究对象,通过
139m.然而,随着滑行车类游乐设施刺激性的不断 ADAMS虚拟样机仿真获取滑行车运行过程中的行
增强,其危险性也在成倍增加,滑行车类游乐设施的驶速度、行驶法向加速度以及车体的姿态角等运动
安全事故频发1?,尤其是高速运行的大型游乐设参数.在此基础上,建立滑行车车体简化振动模型,
备,发生的事故非常严重,社会影响恶劣.
利用获取的运动参数建立其振动微分方程,通过
因此,对滑行车的设计、安全保障评价以及滑 Simulink仿真计算,获得滑行车车体运行过程中健
行车的故障诊断与预警也提出了更高的要求.近年康以及车轮破损故障时的随机振动信号,为滑行车
作者简介:朱玉田(1967-),男,教授,工学博士,E-mail:yutianzhu(@tongji.edu.cn
万∫数据
第5期
朱玉田,等:滑行车运行过程的随机振动仿真
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类游乐设施车体随机振动信号的仿真计算提供了
滑行车车轮与轨道之间的约東采用点线约東
种新思路.为基于随机振动信号的滑行车设计,(PTCV),车轮与轨道之间的摩擦系数设置为
尤其是滑行车的安全性评估、故障诊断与预警提供0.028,空气阻力fD=1/2CAP2r2,其中CD为空
了参考
气阻力系数,它与车体形状有关,此处取值为0.6;
A为滑行车的迎风面积,A=1.766mn2;っ为空气
1滑行车 ADAMS虚拟样机的运动密度,一般P1-1.2258N·s2:m“;or为相对速
参数仿真
度,在尢风时即为滑行车的车速,此处假设滑行
车在无风条件下运行,即0-=~的. ADAMS模型中
1.1滑行车 ADAMS多体动力学模型
当车体反向滑行至停车位置时,在车体上施加一个
本文以某游乐园单环往复滑行车为研究对象,与其运行速度相反的制动力,经多次调试此制动力
滑行车轨道和车体尺寸完全参照实际物理样机,建设置为30000N,此时滑行车大约在2s内实现
立的滑行车 ADAMS多体动力学模型如图1,2所制动
示.此滑行车轨道由直线和圆弧组成,直接在1.2滑行车 ADAMS模型仿真计算
ADAMS/View中输入直线与圆弧起点及交点处的
滑行车实际运行过程中,首先静止在停车位置a
三维坐标,然后利用 ADAMS/Vew提供的样条曲点(见图1)然后由提升装置缓慢牵引至轨道起始端
线工具 Spline以及圆弧绘制工具Arc建立起轨道最高处O点后松开提升装置,此时滑行车在重力作
模型,轨道固结于地面-滑行车共有6节载人车体,用下按a-bcd的轨道运行,自由滑行至轨道
每节车体主要由车厢、车架、转向架以及轮架组成
尾端d点后,短暂静止,由于重力的作用,车体继续
为了提高建模效率和缩短仿真计算时间,建模过程授c-b-a轨道反向滑行至停车位置a点,然后
中忽略了部分不会对分析结果带来较大误差的细
通过刹车装置实现停车制动.本文主要研究车体的
节,如车轮与车轮轴之间的滚动轴承,轮架与转向滑行工况,即滑行车从。点处开始在重力作用下按
架之间的连接螺栓等
0-a-bcdc-ba的轨道运行至停车位置后
通过刹车装置实现停车制动的这一段工况。图3为
滑行车尾车运行过程中的行驶速度,图中大约在32s
时车速降为0,表示此刻滑行车运行至轨道终端最高
点短暂静止后开始倒滑.定义地理坐标系xm,3n,2n
与大地固结,其中,ya平面与大地水平面平行,车
体坐标系2,,x固结于车体如图8所示,车体在滑
行过程中的姿态角可以用坐标系2,3,x相对2n,
yn,xn转动顺序为321的欧拉角Yaw, Pitch和Roll

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