單軸式單軌車輛與傳統(tǒng)的軌道交通車輛相比,，在轉(zhuǎn)向架、軌道梁,、道岔等方面有很大差別,，以致于在動力學(xué)性能評價(jià)方式及走行機(jī)理上有很大不同。單軸轉(zhuǎn)向架是只有一個輪對的非傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架[1],，在降低車輛自重,、緩和輪軌系統(tǒng)作用力和改善曲線通過性能等方面有先天優(yōu)勢，因而具有廣闊的應(yīng)用前景,。其懸掛系統(tǒng)選擇空氣彈簧也有別于以往帶沙漏式彈簧的單軸車輛,，車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性較高，且具有非線性特性,，能降低輪軌作用力和磨耗,，減少噪聲。當(dāng)車輛行駛通過曲線軌道時(shí),，由于輪胎以及各懸掛系統(tǒng)的非線性特性,，車輛與軌道相互作用產(chǎn)生復(fù)雜且動態(tài)變化的作用力[2]，會對車輛的導(dǎo)向性能產(chǎn)生影響,，并引起車輛行駛安全性和輪軌磨耗等問題,，最終對曲線通過性能造成影響。所以,，在單軸式單軌車輛動力學(xué)的研究中對導(dǎo)向力矩與走行輪側(cè)偏力進(jìn)行研究及優(yōu)化具有重要意義,。

1 單軸式單軌車輛模型的建立

1.1 單軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向架是單軌車輛的關(guān)鍵部件，傳遞車體與軌道之間的各種荷載[3],，保證單軌車輛沿既定軌道安全、穩(wěn)定運(yùn)行,。單軸轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架,、走行輪、水平輪,、空氣彈簧,、垂直和斜向液壓減震器以及平衡裝置等組成。轉(zhuǎn)向架中部只設(shè)置一對走行輪,，結(jié)構(gòu)上并不穩(wěn)定,，在驅(qū)動或制動工況下,，構(gòu)架受到反轉(zhuǎn)力矩的作用會出現(xiàn)俯仰而失去平衡，所以在構(gòu)架和車體之間需要設(shè)置平衡裝置,。由于走行輪輪對設(shè)置在轉(zhuǎn)向架中部,，中央牽引銷不再適用，所以采用單拉桿牽引裝置來傳遞車體與轉(zhuǎn)向架之間的牽引力,。單軸式單軌車輛轉(zhuǎn)向架的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,，走行輪輪對中置，空氣彈簧,、橫向止擋,、垂直和斜向液壓減震器布置在轉(zhuǎn)向架中部穩(wěn)定輪支腿的兩側(cè)，液壓減震器一前一后布置在空氣彈簧旁,，且在轉(zhuǎn)向架左右兩側(cè)斜對稱布置,。

1.2 空氣彈簧理論

空氣彈簧裝置一般由能夠伸縮的膠囊以及附加空氣室、高度自動調(diào)整閥組成,。膠囊和附加空氣室通過小孔相連,，在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，空氣彈簧內(nèi)部表面壓力P與膠囊有效受壓面積A的乘積,，等于空氣彈簧上部的質(zhì)量即圖2為空氣彈簧在靜止?fàn)顟B(tài),、運(yùn)動狀態(tài)示意圖。

注：1——構(gòu)架;2——走行輪;3——平衡桿;4——導(dǎo)向輪;5——牽引桿;6——安全輪;7——穩(wěn)定輪;8——空氣彈簧;9——液壓減震器

圖1 單軸式單軌車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)

注：靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)膠囊內(nèi)部容積,；附加空氣室內(nèi)部容積,；d——節(jié)流孔的直徑；ΔA——膠囊有效受壓面積增加量,；ΔPb——膠囊內(nèi)部的壓力增加量,；V——空氣從膠囊流入到附加空氣室的體積換算成靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的值；ΔPt——附加空氣室內(nèi)部壓力的增加量;Zo——空氣彈簧基礎(chǔ)產(chǎn)生的位移

圖2 空氣彈簧系統(tǒng)的靜止與運(yùn)動狀態(tài)

如圖2所示,，如果空氣彈簧的基礎(chǔ)突然發(fā)生位移,，膠囊便產(chǎn)生伸縮，導(dǎo)致膠囊內(nèi)部的容積和有效受壓面積發(fā)生變化,，膠囊上部的質(zhì)量因受力而運(yùn)動,，這個力的大小等于膠囊內(nèi)部表面壓力與有效受壓面積乘積的變化量。另一方面,，在膠囊和附加空氣室之間的壓力差導(dǎo)致一部分空氣通過節(jié)流孔向壓力低的方向流動,，此時(shí)一部份能量轉(zhuǎn)換成熱量，使運(yùn)動衰減,。在分析這樣的空氣彈簧系統(tǒng)之前,，要作如下的假設(shè)：

1) 膠囊的伸縮量很小，應(yīng)在高度調(diào)整閥的無感帶之內(nèi),；

2) 膠囊有效受壓面積及內(nèi)部容積的變化與接近于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)膠囊的微伸縮量成線性變化,；

3) 膠囊和附加空氣室內(nèi)空氣狀態(tài)的變化是在接近于絕熱的狀態(tài)下進(jìn)行的,，這種變化稱為體積壓縮變化(Polytrope變化)；

4) 單位時(shí)間之內(nèi)通過節(jié)流孔的空氣量與節(jié)流孔前后壓力差的平方根成正比,。

1.3 用SIMPACK軟件建立車輛模型

單軸式單軌車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，不僅在各部件之間存在相互作用力和相對運(yùn)動，而且在車輪與軌道梁之間也存在著復(fù)雜的輪軌耦合關(guān)系,。

為了方便創(chuàng)建車輛的動力學(xué)模型,，會對實(shí)際車輛系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)假設(shè)和簡化。在建立動力學(xué)模型前,，首先建立單軌車輛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[5],，如圖3所示。

注：β表示走行輪與構(gòu)架之間的鉸接,；r表示水平輪與構(gòu)架之間的鉸接

圖3 單軸式單軌車輛系統(tǒng)動力學(xué)拓?fù)鋱D

從拓?fù)鋱D可以看出,，車體與前后轉(zhuǎn)向架構(gòu)架具有5個自由度，分別為橫擺,、浮沉,、側(cè)滾、點(diǎn)頭和搖頭,；走行輪只有繞y軸旋轉(zhuǎn)的1個自由度[6],；在SIMPACK軟件模型中無法模擬水平輪的搖頭自由度。故單節(jié)車輛模型的自由度為19個[7],。

為了較好地反映車輛的導(dǎo)向性能和輪胎偏磨損,，本研究以36 km/h速度通過最小曲線半徑100 m線路時(shí)的單軌車輛作為研究對象，進(jìn)行靈敏度分析和多目標(biāo)優(yōu)化,。

此次檢查共發(fā)現(xiàn)安全隱患八起,，對有安全隱患的單位下達(dá)了整改通知書，并下發(fā)了督查通報(bào),。據(jù)了解,，10天以后，該團(tuán)將對整改情況進(jìn)行回頭看,，對重點(diǎn)部位進(jìn)行復(fù)查,，目前被檢查單位已對存在的隱患開始全面整改?！?/p>

2.請家長聽課,、策劃班級活動，參與班級管理,。家委會主辦黑板報(bào),。幾乎所有的班級都有黑板報(bào),，它是班級的一面鏡子,，如果我們能開發(fā)和利用它,，使它充滿獨(dú)特的課堂，聚集班級的智慧,，創(chuàng)造一個刺激的氣氛,，它將成為管理班級和教育學(xué)生的法寶。班主任把黑板報(bào)的每一個主題都交給了家庭委員會,，家庭委員會率先組織擅長繪畫,、編輯和藝術(shù)的家長和學(xué)生，創(chuàng)辦內(nèi)容豐富,，圖文豐富,，色彩豐富的黑板報(bào)，讓家長和學(xué)生參與一種新的親子教育,，家長與學(xué)生互相欣賞,，父母與孩子同時(shí)體驗(yàn)成就感。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度分析

靈敏度分析是一種系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)狀態(tài)或輸入變化輸出變化敏感程度的分析方法,，實(shí)際上是通過改變相關(guān)變量的數(shù)值來解釋關(guān)鍵指標(biāo)受這些變量變化所產(chǎn)生的影響規(guī)律[8],。通過對影響輸出的輸入?yún)?shù)進(jìn)行分析，篩選出模型中重要的輸入?yún)?shù),，以此對參數(shù)的修改進(jìn)行指導(dǎo),，以減少工作量、提高效率,。

2.1 靈敏度分析模型

利用ModeFRONTIER軟件建立靈敏度計(jì)算模型,。通過對單軸式單軌車輛的空氣懸架參數(shù)進(jìn)行敏感性分析試驗(yàn)，選取了空氣彈簧橫向,、垂向,、縱向3個方向上的剛度和阻尼等6個參數(shù)，并對其不同端點(diǎn)位置的設(shè)置了相應(yīng)的取值,，如表1所示,。

杜思雨想了老婆的種種好處，心里就越發(fā)不是滋味,。都是這根該死的長頭發(fā),！可這根光潔美麗的長發(fā)絲從哪來的？又是誰的呢,？又是怎么沾到自己的毛衣上的呢,？杜思雨的酒此時(shí)已完全醒了，他在努力地回憶著,，思索著,。

表1 空氣彈簧敏感試驗(yàn)的參數(shù)取值

序號參數(shù)端點(diǎn)位置參數(shù)取值/(N/m)1縱向剛度K1上端點(diǎn)下端點(diǎn)58 80039 2002橫向剛度K2上端點(diǎn)下端點(diǎn)58 800392003垂向剛度K3上端點(diǎn)下端點(diǎn)96 00064 0004縱向阻尼C1上端點(diǎn)下端點(diǎn)3 0002 0005橫向阻尼C2上端點(diǎn)下端點(diǎn)3 0002 0006垂向阻尼C3上端點(diǎn)下端點(diǎn)6 0004 000

2.2 靈敏度計(jì)算結(jié)果分析

通過空氣彈簧的6個性能參數(shù)對車輛的導(dǎo)向力矩和走行輪側(cè)偏合力進(jìn)行優(yōu)化，按表1所示的序號依次改變車輛的懸架參數(shù)，對參數(shù)的敏感度進(jìn)行分析,。

通過靈敏度分析得出空氣彈簧縱向剛度,、縱向阻尼以及垂向阻尼對導(dǎo)向力矩的影響顯著，其比例分別為34.1%,、23.6%和22.8%;空氣彈簧縱向剛度,、縱向阻尼以及垂向阻尼對走行輪側(cè)偏合力影響顯著，其比例分別為29.6%,、24.8%和23.2%,。

1.具有較強(qiáng)的針對性。輔導(dǎo)員處在高校思想政治工作和學(xué)生管理工作的第一線,，對每個學(xué)生的家庭背景,、性格特點(diǎn)、專業(yè)能力,、綜合素質(zhì)等各方面都有一定的了解,，開展個性化的就業(yè)指導(dǎo)，具有較強(qiáng)的針對性,。

3 多目標(biāo)優(yōu)化

通過對空氣懸架參數(shù)進(jìn)行的靈敏度分析,，選擇空氣彈簧縱向剛度、縱向阻尼以及垂向阻尼這3個影響顯著的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,。

如圖4所示,，車輛通過曲線線路時(shí),軌道梁與導(dǎo)向輪相互作用產(chǎn)生促使走行輪徑向調(diào)節(jié)的導(dǎo)向力矩，迫使車輛沿既定的軌道運(yùn)行,。車輛最大導(dǎo)向力矩M導(dǎo)為:

M導(dǎo)

(1)

式中:

5.政府監(jiān)管上的挑戰(zhàn),。區(qū)塊鏈技術(shù)的強(qiáng)勢加入將極大程度上改變傳統(tǒng)的商業(yè)模式，商業(yè)模式的改變將促進(jìn)制度層面的創(chuàng)新,。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用初期,，基礎(chǔ)設(shè)施還未完善，并且區(qū)塊鏈技術(shù)具有匿名性,，大規(guī)模的覆蓋將給政府監(jiān)管帶來巨大的挑戰(zhàn),。

Fd1、Fd2,、Fd3和Fd4——分別為4個導(dǎo)向輪的橫向力,；

L1——導(dǎo)向輪的縱向間距。

車輛通過曲線時(shí)轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向力矩越小,，說明曲線通過性越好,。另外，車輛走行輪嚴(yán)重偏磨損會造成輪胎附著能力大幅降低,、車輛驅(qū)動效率低以及制動距離長等問題,，嚴(yán)重影響車輛的運(yùn)行安全和運(yùn)行節(jié)能,，所以本文將導(dǎo)向力矩和走行輪側(cè)偏力作為優(yōu)化的目標(biāo)[9]。

古人云：“學(xué)起于思,，思源于疑,。”提出帶有懸念性的問題或者是本節(jié)課需要解決的問題來導(dǎo)入新課,，波動學(xué)生探求知識的心理，形成認(rèn)知沖突,，點(diǎn)燃學(xué)生的好奇之心,，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，從而形成學(xué)習(xí)的動力,。這種導(dǎo)入方式使學(xué)生由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)為“我要學(xué)”,，使學(xué)生的思維活動與教師的授課內(nèi)容融為一體，讓師生之間產(chǎn)生了共鳴,。

注：Fd——導(dǎo)向輪橫向力,；Fk——空氣彈簧縱向力；

Fw——穩(wěn)定輪橫向力,；Fty——走行輪側(cè)偏力

圖4 車輛通過彎道時(shí)轉(zhuǎn)向架受力圖

為了在保證曲線通過性能的同時(shí)不降低車輛的穩(wěn)定性,、舒適性等其他動力學(xué)性能，設(shè)置的約束條件應(yīng)包括車輛傾覆系數(shù),、輪胎減載率等,，并滿足抗脫軌穩(wěn)定性要求。

采用ModeFRONTIER軟件與SIMPACK軟件聯(lián)合建立優(yōu)化模型,，如圖5所示,。

圖5 車輛聯(lián)合優(yōu)化模型

本文采用非支配排序遺傳算法的第二代算法(NSGA-II)[10]對車輛動力學(xué)模型進(jìn)行1 000次迭代，最后目標(biāo)函數(shù)值隨著優(yōu)化均收斂到一點(diǎn),，如圖6,、圖7所示。

如圖8～10所示,，導(dǎo)向力矩隨著空氣彈簧縱向剛度,、縱向阻尼的增大而增大，隨著垂向阻尼的增大而減小,，故應(yīng)適當(dāng)減小空氣彈簧縱向剛度,、縱向阻尼，并增大垂向阻尼,，從而有利于減小轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向力矩,，使單軌車輛具有更好的導(dǎo)向性能。

“Thou come along,”said Grimes;“What dost want with washing thyself?Thou did not drink half a fallon of beer last night,like me-”

圖6 導(dǎo)向力矩迭代過程

圖7 走行輪側(cè)偏合力迭代過程

圖8 導(dǎo)向力矩與空氣彈簧縱向剛度的線性關(guān)系

如圖11～13所示,，車輛走行輪側(cè)偏合力隨著空氣彈簧縱向剛度,、縱向阻尼的增大而增大，隨著垂向阻尼的增大而減小，故應(yīng)適當(dāng)減小空氣彈簧縱向剛度和縱向阻尼,，以及適當(dāng)增大垂向阻尼,，從而有利于減小走行輪側(cè)偏合力，減小輪胎偏磨,。

為了有效的保證小型水電站發(fā)電機(jī)組的正常工作運(yùn)行,，還需要對小型水電站的發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程之中所出現(xiàn)的各種聲響進(jìn)行有效的檢測處理，一般情況之下,，小型水電站的發(fā)電機(jī)組在正常的工作運(yùn)行過程之中是不會出現(xiàn)任何異常的聲響的,，出現(xiàn)異常聲響的情況大多數(shù)是小型水電站的發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程之中出現(xiàn)了各式各樣的問題。針對這樣的情況,，就需要及時(shí)的對小型水電站的發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程之中出現(xiàn)的聲響進(jìn)行合理的監(jiān)督觀測,，以便于保證這些發(fā)出的聲響并不是出現(xiàn)了什么問題。如果真的是出現(xiàn)了相應(yīng)的問題的話,，就需要及時(shí)的采取暫停小型水電站發(fā)電機(jī)組工作的措施,，對小型水電站發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程之中存在的問題進(jìn)行檢查處理。

經(jīng)分析對比,，車輛的初始導(dǎo)向力矩值為7 329Nm,，優(yōu)化后的導(dǎo)向力矩為6 979.96 Nm，較優(yōu)化前減小了4.76%,；走行輪側(cè)偏合力初始值為820.73 N,，優(yōu)化后值為758.62 N，較優(yōu)化前減小了7.57%,，達(dá)到了優(yōu)化目的,，在一定程度上改善了單軸轉(zhuǎn)向架單軌車輛的曲線通過性能。

圖9 導(dǎo)向力矩與空氣彈簧縱向阻尼的線性關(guān)系

圖10 導(dǎo)向力矩與空氣彈簧垂向阻尼的線性關(guān)系

圖11 走行輪側(cè)偏合力與空氣彈簧縱向剛度的線性關(guān)系

圖12 走行輪側(cè)偏合力與空氣彈簧縱向阻尼的線性關(guān)系

圖13 走行輪側(cè)偏合力與空氣彈簧垂向阻尼的線性關(guān)系

4 結(jié)語

本文通過對單軸式單軌轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)及空氣彈簧工作原理進(jìn)行分析,，建立了單軸式單軌車輛動力學(xué)仿真模型,。通過對空氣懸架參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，以導(dǎo)向力矩和走行輪側(cè)偏合力作為優(yōu)化目標(biāo),，篩選出影響顯著的參數(shù),分別為空氣彈簧的縱向剛度,、縱向阻尼和重向阻尼。對影響顯著的空氣懸架參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,，在保證車輛穩(wěn)定性,、舒適性的前提下，使得導(dǎo)向力矩較優(yōu)化前減小了4.76%,，走行輪側(cè)偏合力較優(yōu)化前減小了7.57%,，達(dá)到了優(yōu)化目的。

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