横风下车体运动对高速列车气动性能的影响

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明：横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻尖位置的高速流区扩大,并且由头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈增大趋势,旋涡流速减小;车体向迎风侧运动时,头车鼻尖区域流速增大,尾车鼻尖位置的高速流区缩小,并且从头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈减小趋势,而旋涡流速增大。     

货车旁承间隙对车辆动力学性能的影响

对货车车体相对于摇枕的侧滚运动进行几何简化,导出上旁承下端面位于心盘旋转点之上、之下和上旁承下端面与心盘旋转点位于相同垂向位置时,旁承的垂向位移与车体重心相对于摇枕横向位移的几何关系。在车辆动力学模型中引入侧滚回复力矩和等效摩擦半径,并对心盘进行力学简化。运用多体系统分析方法对货车动力学性能进行仿真。结果表明:侧滚回复力矩可以有效抑制车体由于轨道激励而产生的相对摇枕的侧滚运动;过小或过大的旁承间隙会使车辆的动力学性能恶化。当车体重心横向偏移量小于心盘半径时,车体重力将产生阻止车体侧滚的回复力矩;反之,车体重力产生的力矩将加速车体的侧滚。过小的旁承间隙会使车体上旁承和摇枕下旁承频繁接触,对车体产生较大的冲击;而过大的旁承间隙又使旁承在侧滚回复力矩不足时不能有效抑制车体的侧滚。     

旁承垂向阻尼力对敞车重车车体侧滚性能的影响

为解决敞车在重车工况下通过AAR标准中特殊激扰线路时车体侧滚超限的问题,利用车辆系统动力学仿真分析软件NUCARS建立了敞车的动力学计算模型,分析了旁承垂向阻尼力对重车车体侧滚角的影响。结果表明,增加旁承垂向减振功能,能有效抑制车体侧滚角,且对车体垂向振动加速度无不利影响。     

100%低地板有轨电车停车瞬间出现的侧滚振动问题研究

介绍了典型轮对式100%低地板有轨电车在停车瞬间出现的侧滚振动问题,并对其产生原因进行了分析。仿真分析及制动试验结果表明,通过改变转向架一系和二系垂向刚度、转向架二系垂向阻尼以及抗侧滚扭杆刚度等参数基本对抑制停车侧滚振动基本不起作用。减小停车瞬间的机械制动力输入,即提高电制动能力而降低机械制动激扰,能对车辆驻停时产生的车体振动问题起到缓解作用。     

基于准静态试验的车辆脱轨安全性评价方法研究

基于EN 14363—2005中的车辆脱轨安全性静态试验方法,在SIMPACK软件中设置了相关试验环境,完成了动车组拖车的脱轨安全性评估,研究了悬挂参数对脱轨安全性的影响。分析结果表明,在进行扭曲试验时,车辆的最小轮轨垂向力随着抗侧滚扭杆的等效侧滚角刚度、轴箱悬挂系统和中央悬挂系统垂向刚度的增大而减小,使车辆的脱轨安全性趋于恶化。在曲线线路上运行时,轮轨横向作用主要受制于轴箱纵向和横向定位刚度,改变转向架轴箱定位刚度会影响车辆脱轨安全性。     

钢轨廓形优化对转辙器动力特性的影响研究

为提高列车高速直向过岔平稳性,将60N钢轨廓形及新设计的尖轨廓形应用于18号高速道岔转辙器部分,应用车辆-道岔耦合动力学理论,建立模型进行动力学仿真计算,与CHN60高速道岔转辙器动力特性进行对比。仿真计算结果表明:60N高速道岔转辙器部分轮载过渡段起点前移,轮载过渡时间增长;车辆直向经过道岔转辙器时的滚动圆半径差、轮对横移量和钢轨横向接触点外移幅值均减小,轮对蛇形运动幅度减小,行车平稳性得到提高;轮轨最大横向力由6.12 kN降低至4.75 kN,轮轨横向相互作用力减弱;车轮脱轨系数、车体横向加速度略有减小,轮轨垂向力、车轮减载率和车体垂向加速度变化不大,均在安全范围内。     

电力机车车体顶盖对车体固有频率的影响

分析了电力机车车体顶盖对车体垂向弯曲振动频率、侧墙横向弯曲振动频率、车体绕纵向轴扭转振动频率的影响,指出车体顶盖对车体垂向弯曲振动频率的影响是很小的,并且通过实例验证了这一点.根据有关标准,只要求车体的垂向弯曲振动频率大于10 Hz,对侧墙横向弯曲振动频率、车体绕纵向轴扭转振动频率没有具体要求,因此在进行车体模态分析时,把顶盖看成设备,而不必考虑顶盖结构的影响.     

纵断面线路参数对直线电机列车的动力影响

研究目的:为了确定纵断面线路参数取值对LIM列车运行舒适性和安全性的影响规律,基于首都机场线LIM地铁系统参数建立列车-线路三维耦合动力学模型,分析在纵断面线路参数和车速影响下,LIM地铁系统动力响应特性,拟合得到车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率与竖曲线类型、竖曲线半径、列车行驶速度之间的关系公式。研究结论:(1)凹形竖曲线会增大列车垂向加速度和轮轨垂向力,减小轮重减载率;(2)凸形竖曲线会减小列车垂向加速度和轮轨垂向力,增大轮重减载率;(3)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与曲线半径的倒数相关;(4)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与车速的平方相关;(5)本研究成果可为LIM地铁系统纵断面线路参数优化提供理论依据。     

基于轮对模型的铁道车辆脱轨安全性评估

考虑轮对摇头和侧滚运动,推导轮对的三维爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全性评估。建立轮对横向和侧滚运动方程,推导轮轴横向力和轮轨垂向力的计算公式。提出一种轮轨力间接测量方法,利用轴箱加速度、一系悬挂相对位移以及转臂应变等测试量,进行轮轨力的反演识别。通过轴箱转臂标定试验,获得转臂定位节点横向力和转臂应变之间的关系。针对某高速客车进行环线线路试验,对比分析测力轮对和间接测量方法获得的轮轨力。结果表明:间接测量方法得到的轮轴横向力和轮轨垂向力与测力轮对波形吻合,峰值误差分别为11.2%和4.3%。直线段的轮轴脱轨系数和轮重减载率均较低,曲线段二者均显著增大,缓和曲线段的轮重减载率逐渐增大而轮轴脱轨系数变化平缓。     

内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性研究

内轴箱转向架由于轴箱悬挂内置大幅度降低了车体的抗侧滚刚度，影响其运行性能。为提高其抗倾覆性能，内轴箱转向架通常采取安装抗侧滚扭杆和提高一系悬挂垂向刚度的措施。文章提出了一种抗倾覆装置，以提高内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性。该装置由2条互不连通的回路组成，安装在轮对轴箱和构架之间。在分析抗倾覆装置的基本原理、刚度特性和车辆动力学模型之后，利用MATLAB/Simulink软件，联合AMESim和SIMPACK软件进行联合仿真，得到车辆在不同速度条件下通过大半径曲线时的动力学性能和动态包络线。结果表明，采用抗倾覆装置可以在保证车辆运行稳定性的条件下大幅提高车体的抗侧滚能力，在车辆脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标方面有着更优异的表现，同时有着较小的动态包络线。     

纵向载荷对货车车体横向变形影响的试验研究

以出口澳大利亚大轴重矿石车为对象,分析了车体纵向载荷对横向变形的影响。重点测量了侧墙横向变形量和中梁垂向变形量。试验结果表明,车体纵向刚度足够大时,在正常运用条件下纵向载荷对车体横向变形影响较小。     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

基于交错谐波不平顺输入的铁路货车动力学模型修正研究

以煤炭漏斗车为研究对象,在澳大利亚铁路货车动力学标准AS 7509.2-2009规定下的交错谐波线路滚摆性能试验基础上,从车辆系统下心滚摆频率、车体横向加速度、车体垂向加速度及中央悬挂系统弹簧动挠度4个方面进行了仿真与试验数据的对比研究。在此基础上,基于SG准则,对仿真模型进行了修正,并对仿真结果与试验数据之间的偏差进行了分析。     

反向曲线客货共线铁路桥梁车桥耦合分析

将车桥耦合动力学引入反向曲线铁路桥梁的动力响应分析,以某改线工程新建线路(设计速度为120km·h-1)上的反向曲线客货共线铁路桥梁为例,将车线动力分析软件与桥梁动力分析方法相结合,进行某普速客车及重载货车通过该反向曲线桥梁时的车桥耦合分析。结果表明:货车可以80km·h-1速度通过该反向曲线铁路桥梁,客车应在该反向曲线铁路桥梁的600m小半径曲线段限速100km·h-1;反向曲线的存在对车体横向振动加速度的影响比垂向大,随着车速的提高,车体垂向振动加速度逐渐增大,而车体横向振动加速度在超高均衡速度下最小;反向曲线铁路桥梁需警惕垂向及横向共振的影响,尤其在小半径曲线段桥梁的动力响应易超出安全限值。     

悬挂参数对悬挂式单轨车横向稳定性影响分析

研究目的:为分析悬挂式单轨车辆通过曲线时的横向稳定性问题,基于国内某型悬挂式单轨系统,采用多体动力学软件Universal Mechanism建立60自由度的车-线系统动力学模型,以车体和摇枕为主要研究对象,探索车辆横向偏角在不同减振装置参数下的变化特性。研究结论:(1)横/垂向减振器阻尼、空气弹簧水平/垂向阻尼参数的变化对悬挂式单轨车体和摇枕的横向晃动几乎没有抑制作用;(2)降低空气弹簧水平刚度有利于减缓车辆的横向晃动,而减小垂向刚度会进一步增大晃动的可能性;(3)若考虑在摇摆减振器处并联钢弹簧,其刚度的增加有利于减小车体和摇枕的最大横向偏角,而摇摆减振器阻尼的增大则侧重于减少车体和摇枕的振动周期数,因此应综合考虑摇摆减振器阻尼、刚度参数设计,以有效提升旅客舒适度体验;(4)本研究成果可为悬挂式单轨车辆悬挂参数优化及线路设计提供一定的参考。     

驱动型式对超高速磁浮动子动力学响应的影响

文章在分析直线感应电机动子和永磁同步电机动子结构和动力学特性基础上，运用多体动力学软件，建立了对应上述2种驱动型式的超高速（1 000 km/h）电磁推进装置动子动力学模型，分析了“起动-惰行-制动”状态下动子的横向、垂向、侧滚、摇头、点头运动的变化规律。分析结果表明，感应式动子所受的法向力有利于动子横向自动对中，并避免横向冲击，同时抑制动子的侧滚和摇头运动；而永磁式动子所受的电机法向力在动子偏移时仍指向偏移的一侧，使得动子贴靠导轨运行，承受横向不平顺冲击，其侧滚和摇头运动无法收敛。感应式动子由于承受导轨垂向不平顺激励，其垂向振动和冲击力较大；永磁式动子所受电机力的垂向分力能起到一定的减振作用。运行状态会显著影响2种动子的垂向响应与点头运动，2种动子的最大垂向位移、加速度和冲击力均出现在制动的时刻。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...     

一种基于转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆单轴走行部

设计了一种新型跨坐式单轨车辆单轴走行部。4个摇枕横向布置在构架的横梁上,采用转臂式结构,可绕构架横梁的纵向转轴在侧滚方向旋转。空气弹簧设置在摇枕转轴的外侧下方,构架横梁上方。在摇枕的外侧端部设置吊杆,车体通过吊杆悬挂在摇枕上。通过摇枕、空气弹簧和吊杆,实现了垂向缓冲和横向缓冲。使用多体动力学软件UM仿真分析了该跨坐式单轨车辆的动力学性能,结果表明该型走行部具有良好的曲线通过性能和运行平稳性。     

橡胶弹簧浮置板道床对车体振动影响的试验研究

为研究橡胶弹簧浮置板道床对地铁列车振动的影响,对列车通过普通整体道床和橡胶弹簧浮置板道床时车体的垂向和横向振动加速度进行现场试验,测试结果表明:列车运行时,车体垂向振动幅值波动较大,且两节车厢连接处的垂向振动幅值大于车厢中部;车体横向振动加速度幅值变化较为平稳,车厢中部和两节车厢连接处的横向振动幅值基本一致;列车通过橡胶弹簧浮置板道床区段时车体振动加速度幅值约为普通整体道床区段的1.5～2.2倍,且车厢中部振动加速度幅值增大较两节车辆连接处明显。