高速列车系统动力学理论及其应用

高速动车组的技术创新不仅需要研究和解决列车本身动态行为问题,更需要研究和解决列车与其他各系统的耦合作用,实现高速列车及其耦合大系统的系统优化和匹配.西南交通大学研究人员在有关部门的大力支持下,系统开展高速列车与线路、接触网和气流耦合作用的高速列车系统动力学的研究,并进行了创新应用.     

城际动车组空调通风系统研制

在介绍CRH6型城际动车组空调通风系统的技术特点和难点的基础上,阐述了该车空调通风系统的顶层技术指标、技术分析、技术方案及试验验证结果。结果表明,CRH6型城际动车组空调通风系统技术方案合理、系统性能良好,很好地满足了中短途旅客对城际动车组客室空气环境舒适度的要求。     

高速列车耦合大系统动力学创新研究体系

高速列车与线路、接触网、气流之间构成相互联系、相互依存、相互制约的关系。在高速运行条件下,列车和线路轨道、接触网、空气等流固耦合系统之间的相互作用加剧,形成了复杂的耦合动力学关系。建设以高速列车为核心,考虑耦合作用,真实反映其相互作用和相互影响,实现高速列车及其耦合系统的服役行为仿真和试验,构建高速列车耦合大系统创新体系是高速列车创新发展的重要保证。     

高速列车型面不同磨耗状态下的过岔性能研究分析

基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,以国内某型号动车组和客运专线18号道岔为对象,采用多体动力学软件UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,分别计算与分析高速列车车轮磨耗状态下轮岔作用及对车辆过岔动力学性能相关问题。模型中考虑了车辆悬挂力元非线性、轮轨接触几何非线性特性等非线性因素,采用更贴合实际的轮轨非椭圆多点接触算法研究高速列车不同运营里程下的型面磨耗对列车通过道岔区间的动力学性能影响。结果表明:型面磨耗会导致轮轨垂向力增大,横向力减小;对车体、构架和轮对垂向振动特性影响大于横向振动特性;对脱轨系数影响较小,对磨耗功率和轮重减载率影响较大;对道岔钢轨振动特性影响横向大于垂向。     

这里跑出中国高铁多个“第一”——南车青岛四方机车车辆股份有限公司自主创新纪实

<正>高速铁路是我国重大的科技创新成果。在高速铁路的发展历程中,人们的目光也聚焦到了南车青岛四方机车车辆股份有限公司(简称中国南车四方股份公司)。在这家企业里诞生了高速列车的众多"第一":首列时速200~250km高速动车组、首列时速300~350km高速动车组、首列时速380km高速动车组、更高速度试验列车、首列城际动车组等。中国南车四方股份公司以独具特色的创新之路,领跑高铁时代的装备制造企业。     

基于CRH6型列车研制对高速列车外形设计的研究

随着世界各国高速列车的发展,由于速度的提高对列车外形的设计要求非常严格。基于CRH6型城际动车组列车外形的设计,研究高速列车外形设计。通过CRH6型城际动车组列车外形设计整个过程考虑的因素:从空气动力学性能、车头造型、外形结构与内部结构关系、驾驶安全性等工程技术方面来对高速列车外形设计进行研究。CRH6型城际列车外形的设计,考虑的综合因素十分复杂,在考虑满足运营条件下,首先确定细长比,其次进行列车头部外形轮廓设计,再进行鼻锥和车头整体塑型,最后进行试验验证及方案选择。试验结果表明这样设计出来的CRH6型城际列车外形满足各项要求,是高速列车列车外形设计行之有效的方法。     

高速列车传动系统机电耦合仿真与分析

基于直接转矩控制理论和车辆系统动力学理论,综合考虑了车辆传动系统电气特性和机械特性,建立全速度下高速列车机电耦合仿真模型。针对某高速动车组3种动力学模型进行仿真分析,研究传动系统对于车辆动力学的影响。仿真结果表明:有传动系统的车辆与无传动系统的车辆相比,车辆临界速度有所降低,运行安全性和平稳性指标都有所偏大;车辆在高速运行条件下,与无传动系统的车辆相比,有传动系统的车辆构架以及车体横向、垂向的振动加速度幅值都有所增大,特别是构架变化最为明显;由于传动系统的存在,构架与传动系统在诸多频率范围内发生耦合,致使构架的振动加强;驱动力对车辆动力学基本没有影响。     

CRH3G动车组横风运行安全性分析

良好的横风运行安全性是实现高速动车组速度能力提升的有效手段.现搭建了基于空气动力学和车辆系统动力学的高速列车车辆横风运行安全性耦合计算模型,根据动车组在不同车速(150～300 km/h)和风速(10～35 m/s)下的气动力和气动力矩计算结果,分析了不同气动载荷对动车组动力学性能的影响.在此基础上,提出了CRH3G动车组的横风运行安全速度域.     

高速列车—轨道垂向耦合动力学的研究

探讨高速列车在轨道结构上运行时的垂向耦合振动问题是列车－轨道耦合动力学更深入的理论研究。本文建立了铰接式高速列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，运用新型快速数值积分方法编制了这一大型系统的动力学仿真程序，对铰接式高速列车垂向动力学性能，特别是车辆与车辆之间的耦合振动以及车辆与轨道之间的动力作用进行了系统仿真分析，并与非铰接式高速列车进行了比较。结果表明，铰接式高速列车具有优良的垂向动力性能。     

广珠城际铁路线路平纵断面设计参数动力学评估

为了验证广珠城际铁路线路平纵断面设计参数的合理性,利用车辆动力学软件ADAMS/Rail建立高速列车和轨道模型,针对广珠城际铁路具有代表性平纵断面设计参数的一段线路,计算了CRH2型动车组在16 km长的线路上运行时的动力响应,并与现行车辆动力学评价标准进行对比.分析结果表明:在现有平纵断面设计参数条件下,CRH2型动车组以200 km/h的速度运行时的所有动力学指标均为优良,行车安全性和舒适性有足够保障,设计参数合理,满足设计及运营要求.     

CRH2动车组车辆间减振器的最佳布置位置及动力学行为研究

以CRH2的动力学参数为基础,基于多体动力学软件Universal Mechanism建立了6动2拖8辆编组的动车组列车系统动力学模型。从列车的稳定性、平稳性和曲线通过性能3个方面考量,将无纵向减振器与有纵向减振器的两列动车组进行对比分析,研究表明,车辆间加装纵向减振器由于加强了车辆间的耦合作用,可提高列车的蛇行稳定性及非线性临界速度,但是,过大的阻尼和节点定位刚度会降低列车的曲线通过性能,增加轮轨磨耗;通过研究车辆间纵向减振器的不同安装位置对列车动力学性能的影响,确定了其最佳安装位置为车体底架端部左右两侧,与车钩中心线等高,横向跨距3.2m处。     

高速动车组在直接转矩控制下的机电耦合模型

从牵引角度对高速动车组车辆动力学性能开展多学科研究,建立牵引系统在直接转矩控制(Direct torque control)下动车组运行的机械电气耦合模型。建立动车组的车辆动力学Simpack模型和牵引传动系统的直接转矩控制Matlab/Simulink仿真模型,通过接口模块将2个系统连接起来,从而实现机械电气系统耦合,并且给出仿真算例。研究结果表明:该模型能有效地揭示动车组运行中的机械与电气特征变化情况。     

珠三角城际列车对站房结构的振动影响研究

以珠三角城际列车某站房为例,研究列车高速通过站房所引起的建筑结构动力响应。通过车辆-桥梁耦合系统以及桥梁-站房系统的求解,确定车辆-桥梁-站房结构系统动力学计算的求解策略与方法,解决了在高速列车穿越引起的振动下建筑结构的安全(稳定、强度、疲劳等)、经济及使用性能的问题。研究结论为:列车在正线通过及到发线进站时,站房变形以轨道梁自身的跨中弯曲变形最为明显,量值为1.5~3.25 mm;站厅层变形很小,可忽略;列车到发线进站时,横向框架梁跨中有0.5~1.5 mm的竖向变形;列车在正线过站以及到发线进站时,除轨道梁外,该站房其余结构竖向振动波均小于75 dB;站房主要构件可不考虑因列车荷载引发的疲劳问题。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。     

轨道交通车辆前照灯安装结构分析

对动车组、城际列车和城轨列车车辆前照灯的安装结构进行了对比分析,并提出了动车组车辆前照灯结构的优化方向。     

封面人物介绍

<正>张雷,男,高级工程师,高速列车主管设计师,长期从事轨道车辆的工程技术研究与创新实践,是国产时速350 km CRH3型动车组和时速380 km CRH380BL型高速动车组以及高速智能列车项目总体技术主管。近年来主要荣誉:2010年荣获中国北车劳动奖章和中国北车劳动模范;同年获得中国专利优秀奖;     

封面人物介绍

<正>张雷,男,高级工程师,高速列车主管设计师,长期从事轨道车辆的工程技术研究与创新实践,是国产时速350 km CRH3型动车组和时速380 km CRH380BL型高速动车组以及高速智能列车项目总体技术主管。近年来主要荣誉:2010年荣获中国北车劳动奖章和中国北车劳动模范;同年获得中国专利优秀奖;     

高速动车组碰撞安全性研究

2011年7月国内发生了两列动车组追尾碰撞事故。基于多体动力学理论,运用SIMPACK软件建立了两列高速动车组多体系统动力学模型。采用数值方法对两列8节编组动车组碰撞过程进行了分析和研究。获得了不同速度碰撞工况下列车各车辆的冲击加速度、各个碰撞界面冲击力、碰撞行程、各轮对轮重减载率等参数的变化规律,实现了对高速动车组不同碰撞工况下安全性评估。结果表明,列车以较低速度碰撞时,钩缓装置和吸能结构可保护车厢主体不变形;当碰撞速度较高时,车厢主体受到破坏,乘客空间遭到侵入,且列车安全性指标超过相应限定值。     

车间纵向减振器对高速动车组动力学性能的影响研究

为研究车间纵向减振器对高速动车组相关动力学性能的影响,以CRH380B型动车组为基本模型,利用CRH380A型列车车间纵向减振器参数,基于车辆动力学理论,采用动力学仿真软件SIMPACK建立四动四拖八节编组的非线性列车动力学模型。对列车是否加装车间纵向减振器进行对比,分析列车平稳性、稳定性和列车纵向动力学。结果表明:加装车间纵向减振器可使车体横向平稳性指标降低4.4%,轮轨磨耗指数降低2.0%,车体摇头角降低36.4%,抑制车体1~3Hz的横向振动和0.4~13Hz的纵向振动。建议高速列车加装合理刚度和阻尼参数的车间纵向减振器。     

广清城际和新白广城际首批动车组交付

正近日,由中车广东轨道交通车辆有限公司生产的广清城际和新白广城际首批2列CRH6A型动车组正式交付广东城际铁路运营有限公司。据悉,后续满足广清城际和新白广城际初期运营的动车组也将陆续交付广东城际铁路运营有限公司,并进行调试。广清城际和新白广城际列车采用CRH6A型动车组,8车编组,总长度达201.4m,列车最高运行速度为200km/h。其铝合金车体为薄壁筒型整体承载结构,采用大