机车关键参数对车钩转角与机车运行安全性的影响

针对列车车钩承压偏转行为,分析了机车结构参数与车钩转角之间的关系,通过建立由3节新型33t轴重C0-C0轴式重载机车与2组具有钩肩特性、缓冲器迟滞特性的圆销钩缓装置组成的列车动力学模型,研究承压工况下机车结构参数对车钩转角与列车运行性能的影响.计算结果表明:在列车车钩自由转角为8°时,承压时车钩的实际转角达不到8°,此时车钩钩肩不发生作用,稳钩力由机车二系止挡提供,车钩横向力全部传递至轮对,导致机车的轮轴横向力超标;提高二系止挡间隙或降低止挡间距等参数,可以增加车钩的转角,减小车钩横向力,降低轮轴横向力,提高列车的运行安全性;在重载机车车钩选型中,应该考虑机车结构参数与车钩自由转角的匹配关系.     

机车车辆二系横向止挡结构参数

为深入了解机车车辆二系横向止挡结构对机车动力学性能的影响并为转向架设计提供理论指导,以机车通过曲线轨道工况为例,研究了止挡结构参数（包括止挡间隙和止挡刚度）对行车舒适性和安全性指标的影响规律．研究结果表明：止挡间隙和止挡剐度对车体的横向振动加速度影响较大,而对轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微,适当增大止挡间隙或减小止挡刚度,可以减小车体的横向振动．     

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

车钩箱位置误差对重载机车动态性能的影响

为了探明车钩箱中心线相对车底架中心线存在横向偏差及对制动时机车动态性能的影响规律,测量了八轴机车底架几何参数.测试结果发现,车钩箱偏离车底架中心线范围约5~10 mm.根据测量结果,考虑国内重载机车常用的车钩缓冲器装置的结构特点,建立了具有时变弧面接触特性的钩缓动力学模型和由2台八轴机车组成的列车动力学模型.在此基础上分析了不同横向偏差的车钩摆角、车体横向错位以及机车行车安全性.研究结果表明:在厂线试验条件下,若车钩箱偏离中心线距离越大,制动后车钩摆角与车体横向错位增大,行车安全性越差.为保证行车安全性,车钩箱偏离距离应不超过9 mm.      

机车车辆二系横向止挡动力学模型

为了分析止挡结构对机车车辆动力学性能的影响,建立了机车车辆二系横向止挡结构动力学模型,研究了机车通过曲线轨道时,止挡结构动态相互作用特征与止挡位移的时频特性。分析结果表明:二系横向止挡动力学模型具有较强的非线性,止挡结构可以有效抑制车体横向位移,使其减小了30 mm;止挡结构对车体的横向振动影响较大,在曲线上轮轨横向作用力有波动,二系横向相对位移的主频在1~4 Hz范围内,与车体横向振动加速度的主频范围一致。     

2B0架悬式动力车运行平稳性和蛇行稳定性

对动力车进行了详细的动力学计算和分析。分析结果表明：动力车的簧间质量对横向平稳性影响较大，设置合理的二系横向止挡间隙十分重要，二系横向减振器阻尼对平稳性的影响与二系横向刚度有关，抗蛇行减振器应用二系横向减振器合理匹配，才能获得较好的横向稳定性。     

圆销车钩自由转角与车体参数匹配性的研究

为了明确圆销车钩自由转角与车体主要结构参数的匹配关系,采用理论分析与动态仿真相结合的方法,研究了曲线通过及直线承压工况下,机车车体主要结构参数与车钩转角的关系.结合缓冲器的非线性迟滞特性并采用控制系统仿真方法,建立了圆销钩缓系统的对中钩肩模型,该模型能够较好体现钩肩回复力的实时性;采用内插样条函数进行拟合,根据工程图纸对车钩钩头轮廓曲线进行数据离散,反演得到钩头轮廓曲面,并建立了一对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,进一步考虑了连挂钩头间的相互作用,能够准确模拟连挂钩头间的相对运动;通过对不同自由转角条件下机车的受力情况进行分析,得出了车钩自由转角设计推荐公式,并通过动力学仿真对其进行了验证.研究与仿真结果表明,受轨道曲率变化的影响,车钩实际转角比静态计算结果要偏大0.5~1.0,钩头间的相对转动可对车钩转角进行补偿,以顺利实现机车曲线通过;车钩自由摆角与车体结构要有较好的匹配,以保证机车承压时的运行安全性,同时建议该型机车钩缓系统自由转角设计值应小于8,这与推荐公式的计算结果有较好的一致性.      

制动力对机车直线运行安全性的影响

为研究机车直线运行时车钩制动力对其安全性的影响,建立了车体载荷方程,在分析车体几何关系、车钩与车体受力关系的基础上,利用牛顿迭代法求解该方程,获得车钩复原角刚度与车体转角的关系,并提出保证机车直线运行安全性的必要条件.理论分析和仿真结果表明:为保持机车车体平衡,机车车体在两端车钩制动力的作用下,车钩复原角刚度应大于临界值,否则,机车车轮的轮缘会贴靠钢轨,机车有脱轨的危险.     

基于频域平稳性的高速机车悬挂参数优化匹配

为合理优化匹配悬挂参数以提升高速机车动力学性能,针对某高速机车,采用虚拟激励法计算频域横向平稳性指标,提出了考虑频域横向平稳性和稳定性多目标性能的关键悬挂参数多参数协同优化方法;分别以2种抗蛇行减振器布置方式和3种轮轨接触状态运行工况为例,验证了该方法对机车横向动力学性能的提升效果.结果表明：低轮轨接触锥度工况机车一次蛇行稳定性较差,尤其采用抗蛇行减振器斜对称布置方式,机车后司机室横向平稳性显著变差;对于低锥度工况,需以提高机车稳定性为优化目标,而高锥度工况则更需关注其横向平稳性;为兼顾不同轮轨接触条件下机车动力学性能,以提高线路适应性,机车一系纵向刚度、抗蛇行减振器阻尼和二系横向减振器阻尼值在文中给定的优化范围内应尽量选取较小值,建议分别选取12 kN/mm、600 kN·s/m和25 kN·s/m.     

纵向压力作用下重载机车与轨道的动态相互作用

为了研究重载机车的轮轨动态安全性,考虑车钩纵向力对重载机车与轨道结构系统动力学性能的影响,根据实测车钩力和线路不平顺,对重载机车在直线轨道和曲线轨道上制动时的轮轨动态相互作用性能进行了仿真计算．研究结果表明,在纵向车钩力为1500kN,车钩自由角为3°的工况下,重载机车以80km／h的速度在直线轨道上和以60km／h的速度在曲线轨道上制动时,所有轮轨安全性能指标满足行车要求．     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

为改善高速列车横风下运行的动力学性能, 提高运行平稳性和安全性, 以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标, 对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型, 依照大风限速标准, 加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据, 选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台, 对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析, 得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果, 采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明: 采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度, 为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善, 轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下, 且最小可以优化到0.49, 最高可降低37.2%;轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下, 且最小可以优化到5.79 kN, 最高可降低65.5%;得到了优化目标的Pareto前沿最优解, 确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集, 并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证, 适用性较好。      

高速列车抗蛇行减振器参数的多目标优化研究

为了研究抗蛇行减振器参数匹配规律以兼顾不同轮轨接触状态下高速列车横向稳定性,针对国内运行典型结构参数的高速列车,建立车辆横向动力学简化模型,分别考虑到高、低锥度两种轮轨接触状态下车辆的横向稳定性,采用多目标优化方法对抗蛇行减振器刚度和阻尼值进行多参数优化,并分析最优抗蛇行减振器参数的影响因素. 结果表明:优化的抗蛇行减振器阻尼值主要取决于车辆二系横向阻尼,得出了两类阻尼值的抗蛇行减振器选配类型,即当二系横向阻尼较小时,转向架单侧需匹配较小阻尼值600～1000 kN?s?m?1,或当二系横向阻尼较大时,匹配大于4 000 kN?s?m?1的抗蛇行减振器;抗蛇行减振器刚度显著影响不同轮轨接触状态下的车辆稳定性,减小抗蛇行减振器刚度有利于低锥度状态车辆稳定性,反之亦然.      

减振器卸荷特性对2B0动力车动力学性能的影响

为了进一步改善动力车的动力学性能，利用多刚体动力学软件SIMPACK，采用轨道随机不平顺非线性时域响应分析方法，对完整的2B0动力车动力学模型进行了计算分析。结果表明：2B0动力车二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的最优阻尼值通常是一定的，但是通过增大卸荷速度可以降低平稳性对卸荷阻力改变的敏感程度，从而保证使用中动力车平稳性能的稳定，对于采用二系高挠螺旋弹簧的动力车，二系横向止挡间隙与二系横向减振器阻力特性的合理匹配是获得良好的动态曲线通过性能的一个重要因素。     

基于纵向压力的2B_0重载机车动力学特性

为了解决2B0重载机车牵引试验中出现的3次扩轨掉道事故,分析了纵向压力作用下机车车钩倾斜与稳定原理,推导了车钩自由角的计算原理.根据车钩的试验数据,建立了车钩动力学模型.计算结果表明:大纵向冲动下车钩严重偏转是导致事故发生的主要原因;为了保证车辆安全运行,大摆角车钩必须具有对中复位功能;车钩自动复位能力、钩缓装置的特性对于机车车辆轮对侧磨有显著影响.     

长大重载列车中部机车跳钩机理与防控对策

基于多体动力学理论,构建了2万吨重载列车中部机车-货车三维动力学模型,分析了连挂车钩初始高差、车钩钩头摩擦因数等关键因素对中部机车跳钩的影响规律,探究了空制缓解与牵引工况下中部机车-货车连挂车钩分离的形成机理,并提出相应的防控对策。研究结果表明:中部机车-货车连挂车钩在压钩状态下能够保持稳定,但在钩缓系统由压缩状态转变为拉伸状态的过程中,机车电制力、牵引力将使连挂车钩产生垂向相对跳动;进入拉钩状态后,较大的初始高差和较差的钩头摩擦因数使得连挂车钩自锁力不足,导致车钩间垂向相对位移迅速增大;若机车垂向转角限值过大,车钩间垂向相对位移将进一步增大至300 mm以上,最终导致车钩分离现象的发生;当钩头摩擦因数和机车车钩垂向转角限值分别为0.08、8°时,空制缓解工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、电制力施加比例分别为40 mm、40%,牵引工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、牵引力施加比例分别为30 mm、50%;空制缓解工况下,当初始高差为50 mm、电制力施加比例为70%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.09、6°;牵引工况下,当初始高差为50 mm、牵引力施加比例为100%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.10、7°。可见,为有效抑制跳钩事故的发生,须严格限制连挂车钩间的初始高差,适当减小机车电制动力/牵引力,增大车钩钩头的摩擦因数,以及限制机车车钩的垂向最大转动角度。      

4万吨列车拨车机牵引载荷仿真计算

根据澳大利亚4万吨列车拨车机项目的要求,利用拨车机动态载荷仿真系统计算了拨车机牵引4万吨列车的拨车载荷,分析了车钩间隙和速度曲线对拨车载荷的影响,在此基础上对4万吨列车速度曲线进行了分段优化.结果表明:4万吨列车在原始速度曲线下的最大拨车载荷为1 679 k N;车钩间隙小于40 mm时,增大车钩间隙能有效减小最大拨车力,而当车钩间隙大于40 mm时,增大车钩间隙减小最大拨车力的效果降低;所提出的五段优化速度曲线,将拨车效率提高了31.7%.     

一种评定摆式列车回复安全性的方法

提出了采用摆式列车倾摆机构的回复刚度来评定摆式列车的回复安全性的方法。回复角刚度表述了在倾摆过程中倾摆机构失去动力时,车体回复中位的稳定性。当回复角刚度为正时,车体可在重力作用下回复到中位;为负时则不能回复到中位;为零时处于临界状态。可以把回复角刚度作为衡量车辆回复安全性的指标。     

基于UM的CRH2型车动力学建模及平稳性分析

基于多体动力学软件UM建立了CRH2型车的多体动力学模型,分析了不同工况下车辆运行的平稳性,研究了悬挂参数对平稳性的影响.仿真分析表明:车辆平稳性指标随着运行速度增大而增大;减小空气弹簧水平刚度可改善横向平稳性,适当降低一、二系垂向刚度和二系垂向阻尼有利于提高垂向平稳性.