直线电机车辆转向架的研制与优化

为解决广州地铁4号线、5号线直线电机在运用过程中其转向架出现的轴端装置脱落、车轮多边形磨耗等问题,广州地铁联合南车青岛四方研制了具有自主知识产权的直线电机转向架。该车辆转向架采用无摇枕结构、直线电机轮对内侧独立悬挂结构、无间隙弹性吊挂结构,与原来使用的BM3000-LIM型转向架相比,该转向架充分减重,能减小车辆能耗,并充分保证车辆的动力学性能。实际运营情况表明,该车辆转向架性能良好,进一步提高了地铁车辆整体性能。     

直线电机悬挂结构的振动特性分析

为分析直线电机传动系统对车辆动力学性能的影响,使用动力学软件SIMPACK建立某市地铁车辆模型,对直线电机系统的固有频率及频率响应进行分析,通过车辆的振动模态分析.在轨道不平顺激励下,研究等效(传统)转向架和直线电机转向架,对比两种不同的悬挂方式下构架的振动特性,评价直线电机悬挂结构对车辆动力学性能的影响.     

独立车轮直线电机转向架结构形式分析

针对直线电机转向架电机悬挂带来的问题,将独立车轮应用到直线电机转向架中,使独立车轮和直线电机功能实现互补,提出一种全新概念的独立车轮直线电机转向架.其特点是利用独立车轮轴桥悬挂直线电机的横向复原力作为独立车轮转向架的恢复力.独立车轮直线电机转向架适合在小曲线、大坡度的线路上运行.     

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究(续完)

2.3 直线运行的动态特性 2.3.1 模型结构和参数说明 轮对、轴箱、车体的结构和连接型式、悬挂方式和悬挂参数都直接决定着车体和轮对的动力学性能.在计算拖动式独立车轮轮对直线动态性能的同时,以传统刚性轮对替换其中的独立车轮轮对作为对比模型.结构和参数简化如下:     

地铁车辆直线电机悬挂装置垂向刚度优化研究

直线电机地铁车辆电机处于弹性悬挂系统中,承受轮对的冲击和电机电磁力的作用。基于某直线电机车辆,建立了多刚体动力学模型。考虑电机电磁力作用,采用Simpack与Simulink联合仿真的方法,从直线电机气隙、车辆动力学性能和电机振动的角度研究分析了悬挂装置不同垂向刚度的影响。研究结果表明:直线电机悬挂装置垂向刚度对车辆曲线通过安全性和运行平稳性都会有影响,增大垂向刚度可以减小轮轨垂向力和垂向平稳性指标,横向平稳性指标会略有提升;小垂向刚度时气隙变化较大,增大垂向刚度可以在一定程度上减小气隙的变化和电机的振动,大垂向刚度会使电机的高频振动成分增加。综合考虑,建议电机悬挂装置中电机悬挂梁支撑节点垂向刚度范围为24～60 MN/m、吊杆节点垂向刚度范围为192～480 MN/m。     

轨距可变式货车动力学性能分析

根据变轨距货车转向架结构特点建立车辆动力学仿真模型,整车模型包括7个刚体,34个独立自由度和8个非独立自由度。阐述了模型中涉及的非线性环节以及处理方法。计算分析了车辆在不同轨距线路运行时空、重车工况下的直线运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能等各项性能指标。分析结果表明,轨距可变式货车车辆的动力学性能指标满足相关技术标准,轮对绕x轴和z轴的转动惯量和车轮滚动圆横向跨距这3项参数是造成变轨距车辆在准轨位和宽轨位性能差异的主要影响因素。     

弹性车轮动力学复合模型及其性能研究

为深入研究轻轨车辆弹性车轮的动力学作用,基于压剪复合型弹性车轮的结构,在弹性车轮动力学传统模型的基础上,综合考虑弹性车轮轮芯相对于轮毂的6个自由度,建立弹性车轮动力学复合模型。利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真计算,对比分析传统模型和复合模型下弹性车轮车辆以及刚性车轮车辆的临界速度、平稳性、曲线通过性能和轮轨磨耗等指标。结果表明:由于传统模型未考虑车轮与车轴之间的偏转刚度和轮对两车轮之间的扭转刚度,因此计算误差较大;采用复合模型得到的弹性车轮车辆的临界速度、运行平稳性指标,以及通过小半径曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等较刚性车轮车辆都有不同程度的降低;弹性车轮车辆的轮轨磨耗情况在直线通过时与刚性车轮车辆的相似,而曲线通过时相比刚性车轮车辆降低了约5.3%。     

无公用轴独立旋转车轮转向架直线横向动力学研究

无公用轴独立旋转车轮转向架的车辆不仅左右车轮的旋转自由度独立,而且两轮的横移和摇头也解耦。文章通过建立无公用轴独立旋转车轮转向架车辆在直线上的横向动力学客车模型,模拟实际线路,利用新型数值快速积分法进行动态仿真,得出无公用轴独立旋转车轮转向架车辆的动态响应值,并与具有相同悬挂参数的传统客车进行比较。     

铁道车辆轴箱弹簧断裂故障对动力学性能的影响

车辆运行过程中,当轴箱弹簧突发断裂故障,会造成动力学状态和性能突变,一系悬挂刚度突然减小,暂时失去承载能力,会威胁车辆行车安全。结合整车的动力学仿真,建立了轴箱弹簧断裂过程的力学模型,对整个断裂过程进行仿真,模拟了轴箱弹簧突然断裂工况下车辆动力学性能变化,分析了轴箱弹簧断裂条件下车辆直线行车安全性以及曲线通过安全性。计算分析结果表明:轴箱弹簧突然断裂导致一系悬挂刚度剧变,引起轮轨垂向力先减小后增大,轮重减载率、脱轨系数等参数增大直至超限,但对轮轨横向力影响不大。     

基于车轮损伤的地铁动力车辆轮轨匹配研究

为研究地铁动力车辆轮轨匹配的合理性,基于车轮滚动接触损伤模型,对LM,S1002和DIN5573踏面车轮与60kg·m~(-1)钢轨在1/20和1/40轨底坡下的静态轮轨接触关系进行分析;采用SIMPACK软件,建立传统的非动力车辆模型,考虑持续牵引力和运行阻力的车辆模型,以及既有持续牵引力、运行阻力,又有启动、制动过程的车辆模型,对3种踏面车轮在不同车辆动力学模型、不同线路条件、不同车辆悬挂参数下的车轮损伤进行对比分析。结果表明:地铁启动、制动过程中车轮损伤较大,考虑此过程的车辆模型计算结果更符合实际车轮损伤规律;LM踏面车轮在1/20轨底坡下的轮轨接触关系良好,车轮损伤较小;相比1/20轨底坡,S1002和DIN5573踏面车轮在1/40轨底坡下的轮轨接触关系更优;地铁车辆在站间距较短的直线线路运行时,采用S1002踏面车轮配合1/40轨底坡钢轨,车轮损伤最小,在站间距较长的直线线路运行时,采用LM踏面车轮配合1/20轨底坡钢轨效果最佳;在满足车辆运行稳定性的前提下,适当降低一系悬挂刚度有利于减缓车轮损伤。     

电机悬挂方式对LIM地铁系统动力特性的影响研究

研究目的：研究直线电机地铁在不同电机悬挂方式下的气隙变化规律及车辆、轨道的动力响应特性，并将二者进行比较。研究方法：应用车辆轨道耦合动力学理论，分别建立不同悬挂方式下的系统模型并编制相应的仿真程序，通过在轨道局部加入谐波型余弦不平顺激励对系统的动力特性进行分析。研究结果：2种悬挂方式对系统的各向加速度和轮轨力的影响差别较小，而气隙变化呈现明显不同的规律。研究结论：直线电机采用架悬式悬挂时，要严格控制幅值大于5．5mm的长波不平顺，防止电机和反力板之问的刮蹭；而当采用抱轴式悬挂时，要注意控制大幅值的短波不平顺出现，防止气隙过大，影响电机效率。     

直线电机轨道交通系统车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型的研究

以广州直线电机轨道交通系统板式轨道结构为例, 结合有限元理论以及直线电机的特点,建立了直线电机运载系统下的垂向耦合动力模型(包括车辆系统模型、轮轨关系模型、钢轨模型、板式轨道模型等)及其振动微分方程,并通过动力仿真试验,分析该系统的动力特性以及验证该系统的耦合动力模型。     

直线电机轨道交通车线耦合模型的动力响应研究

首先介绍轨道交通的特点，并以广州城市轨道交通4号线所采用的车辆、转向架和直线电机形式为原型建立了车线耦合动力学模型，并在同样的计算条件下，通过与ADAMS中的铁路分析模块ADAMS／Rail进行比较，验证了该模型的正确性。文中以线路设计参数中的缓和曲线和超高为例，分别仿真了横向位移、横向力、脱轨系数、轮重减载率等振动特征量在不同线路设计参数情况下的动力响应。通过分析计算结果，尤其针对幅值及趋势变化，并对照传统计算方法得出的线路设计参数取值，给出了针对广州市直线电机轨道交通4号线的线路设计参数建议值。可以得到按照传统方法计算得出的线路设计参数偏于安全的结论，与采用直线电机轨道交通方式可以更好通过小半径曲线和较大坡度线路相吻合，为我国今后直线电机轨道交通建设在确定合理线路设计参数方面提供理论依据。     

地铁直线电机车辆曲线通过仿真

为了研究地铁直线电机车辆的曲线通过性能,建立了直线感应电机的电磁力学模型,在此基础上建立了地铁直线电机车辆机电耦合系统动力学模型,并将其与传统地铁车辆的动车和拖车进行对比研究.仿真结果表明:所建立的直线电机力学模型,可以满足动力学仿真的实时性要求;线路参数和行车速度与车辆曲线通过动力特性密切相关;地铁直线电机车辆和传统...     

列车系统运行平稳性研究

在车辆动力学模型的基础上,建立由3辆拖车组成的列车动力学模型。建模过程中考虑列车系统中存在的轮轨接触几何关系非线性、轮轨蠕滑率/蠕滑力的非线性、钩缓装置作用力的非线性以及车辆模型一、二系悬挂作用力的非线性等因素。研究车间连接刚度和连接阻尼对列车运行平稳性的影响。仿真结果表明,车间横向连接刚度和横向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响较大,而车间垂向连接刚度和垂向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响很小。在列车中的相邻两车之间安装横向减振器能够有效地提高列车的横向运行平稳性,并能够改善列车的垂向运行平稳性。仿真结果还发现,在转向架悬挂参数相同的情况下,单一车辆的运行平稳性指标大于列车的运行平稳性指标。     

轴箱布置方式对地铁直线电机车辆动力学性能的影响

基于车辆系统动力学理论,建立了两种不同轴箱布置方式的地铁车辆动力学模型,在实际线路条件下,分析对比了轴箱内置与外置两种转向架,因为簧下质量以及悬挂系统横向跨距变化而造成轮轨接触以及车辆平稳性改变。研究结果表明,两种轴箱布置方式对车体平稳性影响较小;但轴箱内置车辆为达到理想的稳定性,需要加大一系径向刚度并加装抗蛇行减振器;轴箱内置能够降低轮对摇头角刚度,提高车辆适应线路扭曲不平顺的能力,同时降低轮对踏面磨耗功率,改善小半径曲线上轮轨磨耗。     

重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳研究

基于车辆动力学、非Hertz轮轨滚动接触理论和Archard磨损模型建立车轮磨耗预测模型.利用该模型和安定图对重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳性能进行定性分析.在数值计算中,主要考察轴重为25 t和30 t货车的车轮硬度对车轮磨耗和滚动接触疲劳性能的影响.研究表明,轮轨间高应力水平的出现频次、车轮磨耗和疲劳破坏的几率随着轴重的增加而增大;随着硬度的增加,车轮磨耗和疲劳破坏现象得到改善.结合国外重载铁路轮轨匹配经验,建议轴重为30 t车轮的硬度大于340 HB.     

驱动装置弹性悬挂对车辆动力学性能的影响分析

车下大质量单元的悬挂方式对车辆的动力学性能有着很大的影响,本文从轮轨间横向动作用力、驱动装置工作环境以及车辆曲线通过性能等几个方面分析了驱动装置横向弹性悬挂对于车辆动力学的影响,研究结果显示,驱动装置弹性横向悬挂可以显著降低轮轨间横向作用力,同样显著降低了驱动装置横向加速度,由此改善了驱动装置的工作状态。     

列车通过12号无砟道岔及配套交叉渡线时的安全性和舒适性评价

对于12号无砟道岔及配套交叉渡线而言,需要研究列车与道岔间的动态相互作用问题。分别建立了车辆模型和道岔模型,其中车辆模型采用主要考虑车体、转向架和轮对三部分结构的单列全车模型,道岔模型包括转辙器、连接部分、12号辙叉、6号锐角辙叉及6号钝角辙叉等基本结构,充分考虑各细部结构对其振动的影响,以尽可能与实际情况相符;然后用列车动力学和道岔动力学理论,建立可考虑交叉渡线道岔钢轨型面变化的列车-道岔耦合动力学计算模型。研究结果表明:当CRH2动车组以时速50 km侧向通过客运专线用60 kg/m钢轨12号交叉渡线道岔时,能满足旅客的安全性和舒适性要求。     

悬挂式单轨车辆走行轮失效对曲线通过及运行平稳性影响的仿真分析

悬挂式单轨车辆走行轮在车辆运行中起到承载和传力的重要作用,其走行轮失效对悬挂式单轨车辆运行性能有重大影响。通过多刚体动力学理论建立悬挂式单轨车轨耦合动力学模型,仿真分析了不同工况下走行轮失效对单轨车辆曲线通过及运行平稳性的影响。仿真结果表明:空载状态下走行轮失效的悬挂式单轨车辆在曲线半径100 m的线路上限速为35 km/h,而满载状态下走行轮失效的车辆一直处于不安全状态,需要尽快行驶到就近站点疏散乘客;同侧走行轮失效对单轨车辆的影响趋势基本一致;在相同行车速度下,走行轮失效时竖向平稳性指标出现了部分数值超过3.0的情况,说明走行轮失效时车辆的运行平稳性会变差。仿真研究结果可为走行轮失效的悬挂式单轨车辆运行提供参考。