Adams火车仿真新视角：换道过程分析

在实际生活中，火车的车轮内侧有一圈凸出的轮缘，正好卡在两条钢轨的内侧。在换道过程中，通过扳道工或转辙机调整道岔，实现火车的换道，而道岔的作用就是通过对轮缘的作用力而改变行驶的方向。

基于此，本文通过Adams模拟火车运动及换道的过程。

一.模型的建立

1.道轨的建立

首先根据GB/T 11264-1989（轻轨），通过Creo建立钢轨模型，在道岔形式上本文采用单开道岔，并采用12号道岔。具体的建模如下（图2蓝色为尖轨，可通过转辙机调整实现换道）：

图1.钢轨

图2.12号道岔

注：其中道岔号就是下图<BAC的余切值。道岔号数越小该角就越大，道岔全长就越短，车经过的时候的转角越大，速度就越低。

2.火车简易模型建立

2.1车轮的建立

根据上文建立的道轨，建立合适车轮，其中车轮建立时有一定的倾角（由于火车上没有差速器，所以在转向时，火车两侧车轮可以基于倾角左右微微滑动，使得两个车轮的速度不同。）

图3.火车车轮

2.2车厢及车头的简单建立

根据火车的结构，简单的建立一节车厢及车头，具体模型如下图所示：

图4.简易火车模型

3.Adams模型的建立

3.1模型的导入

将Creo建立的模型以.x_t的格式导入到adams中，然后对导入的每个零部件赋予质量属性（右键零部件，选择Modify，出现图5所示的对话框）。

图5.修改质量

图6.导入的火车及轨道模型

3.2建立发动机的简单模型

在火车上建立一个二冲程的发动机，并和车轮连接作为驱动，如下图所示：

图7.发动机的建立

3.3添加约束副

在车轮与轴、轴与车厢等建立旋转副，活塞与缸建立移动副，并将多段道轨固定在地面上。

图8.约束副的建立

3.4接触的建立

为每个车轮与不同段道轨建立接触关系，同时添加接触摩擦力，本次仿真都是采用默认的参数

图9.建立接触

3.5驱动的建立

仿真中的驱动主要有两个，一个是简易二冲程发动机的驱动，一个是尖轨的驱动，尖轨的驱动是一个旋转驱动，在发动机活塞上是一个循环力的驱动，具体如下图所示：

图10.旋转驱动

图11.活塞驱动

二.结果后处理

上文在加约束副时，在车轮与轴之间加了旋转副，但实际上火车的车轮与轴是连在一起的，是一体的，所以将旋转副换成固定副。由于火车没有差速器，在转弯过程中，两轮会与轨道产生微小摩擦，然后产生一定的高度差（车轮是有一定锥度的，见上文），这样两轮的线速度就不相同了。火车在转弯运行过程中会一直通过摩擦不断调节两轮的速度。

从下图中，开始内外两轮高度差基本相同，在转弯时，外侧轮要高于内侧轮（从图13中可以查看全局坐标系）。

图12.两轮高度差

图13.全局坐标系方向

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