机车高圆簧的有限元分析

针对机车高圆簧计算的传统力学方法,提出了与高圆簧实际情况更为相符的有限元计算模型并进行了计算分析。模型考虑高圆簧支撑圈几何形状的变化,计入了弹簧两端的橡胶垫,考虑了弹簧变形时几何非线性和接触非线性条件,并根据机车通过曲线等高圆簧工作的实际工况进行了计算。有限元计算结果表明,弹簧受力时横截面上存在很大的法向应力,尤其在通过曲线时其法向应力甚至增大到了不容忽略的程度;弹簧两端橡胶垫起到了降低法向应力的作用;高圆簧上显示着远比传统力学方法计算结果更为复杂的应力分布。而传统的力学计算方法只能计算出弹簧在轴向压力工况下的刚度和剪切应力。     

高圆簧（加橡胶垫）水平向刚度计算方法的研究

将弹性直杆理论应用于高圆簧，提出了一种高圆簧水平向刚度的计算方法。通过实验验证，理论计算值和实验结果相当吻合，采用此方法可在设计阶段预测它的水平向刚度，为动力学性能计算提供参数。     

三轴转向架一系悬挂弹簧设计

分析了铁路进一步提速对机车牵引动力的要求,从改善机车在既有线路运行时的动力学性能及曲线通过性能出发．对200km/h机车(C0-C0轴式)一系簧有关刚度进行分析计算．认为应使中间轴一系簧垂向刚度小于端轴。     

轴箱拉杆定位刚度对2C_0架悬机车横向动力学性能的影响

轴箱拉杆定位刚度与机车动力学性能密切相关,同时对机车的临界运行速度也有很大的影响。文章采用多体动力学软件SIMPACK建立了一种完整的2C0架悬机车模型,通过在直线上的仿真计算,分析了轴箱拉杆横向定位刚度对机车横向动力学性能的影响,得出合理的轴箱拉杆横向定位刚度的设置可以大幅度改善2C0架悬机车的各项横向动力学性能的结论。     

8轴机车轴重转移计算分析

为研发我国8轴机车作准备，本文建立了均衡梁式2Bo--2Bo轴式机车轴重转移分析模型，研究了牵引高度、轴距和一、二系刚度及二系圆簧纵向布置对黏着利用率的影响。研究结果表明：牵引高度对黏着利用率的影响很大，如何降低牵引高度是8轴机车提高黏着利用率的重要任务。转向架中心距与轴距对黏着利用率的影响很小，轴距的确定主要应考虑机车的动力学性能。二系圆簧的纵向布置对黏着利用率有重要的影响，并且随刚度增减的变化显著。     

架悬机车驱动装置悬挂参数及结构的研究

采用多体动力学软件SIMPACK建立完整的动力学模型,分析架悬式机车驱动装置悬挂的纵向、横向刚度对其振动加速度和机车平稳性能的影响,发现在10 kN.m-1数量级选择纵、横向刚度,可以显著改善机车的横向性能和电动机工作条件,有效降低横向轮轨力,还可以提高机车的稳定性。认为采用摆杆悬挂是实现弹性架悬的重要结构方式。提出了等效刚度的概念,分析表明在相同的等效刚度下,传统架悬模型和弹性架悬模型的计算结果是吻合的。     

基于精细修改法的有限元模型修正

提出了一种基于精细修改法的有限元模型修正方法,该方法具有在修正后系统矩阵仍维持主对角阵的优点,是元素型修正法的一种,但与早期的元素型修正法——限定带宽法相比,克服了多次迭代且修正结果仍不够精确的缺点。与传统的有限元模型修正Berman法相比,减少了运算量并提高了精度,而且还可在修正过程中考虑结构质量矩阵和刚度矩阵中元素之间的约束关系。仿真计算结果表明该方法对有限元模型的修正有效。     

抱轴式牵引电动机吊挂刚度的优化

采用多刚体动力学软件SIMPACK，在时域里建立了完整的抱轴式机车整车动力学模型，分析了牵引电动机吊挂刚度和电机点头转动惯量对电机各向振动加速度和机车动力学性能的影响。发现优化电机吊挂刚度可以改善其工作条件，特别是明显地减小电机垂向加速度，但机车整车性能几乎无变化。还比较了不同吊挂刚度电机的振动频率，指出车体振动频率低于2Hz可能是抱轴式电机吊挂刚度改变未明显影响车体振动的原因。     

机车三轴转向架中间轴一系横向刚度优化

受轴承选型限制影响,国内某出口2C0机车转向架中间轴只能选取较小自由横动量。为取得与原方案一致的动力学性能,采取减小中间轴一系横向刚度的方案解决。文章采用多体动力学软件SIMPACK对该机车进行动力学仿真计算,通过计算结果对机车稳定性进行分析,并对三种工况下机车曲线通过性能与原方案进行对比分析,优化选取中间轴一系横向刚度。这将为类似转向架设计提供参考。     

减振器安装刚度对径向转向架机车横向动力学性能的影响

首先通过仿真软件SIMPACK建立了一种2C0径向转向架机车模型,在该模型中,分别考虑了一系抗摇头减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车横向动力学性能的影响。其中主要分析了上述3种减振器的端部安装刚度对机车横向平稳性、抗蛇行运动稳定性和机车的曲线通过性能的影响,并提出了相应的建议。     

簧间质量质心位置对机车运行平稳性的影响

C0-C0轴式机车的转向架簧间质量质心位置与转向架几何中心位置不重合,在轨道方向上发生偏移,会影响机车的动力学性能。文章以一台6轴架悬机车为例,建立转向架簧间质量质心偏移的机车计算模型,对其运行平稳性进行研究。计算结果表明,质心偏移量对机车横向平稳性和垂向平稳性的影响是相互矛盾的。在转向架设计时应合理安排簧间质量质心的位置以协调机车的横向、垂向动力学性能。     

轮对间隙对可变轨距机车动力学性能的影响研究

基于动力学仿真分析，建立了一种适用于1 435/1 520 mm轨距转换的25 t轴重变轨距转向架机车的动力学模型；重点计算了轮对周向间隙和轴向间隙（统称为轮对间隙）对轮轨相互作用的影响，分析了轮对间隙增大对机车运行性能影响，结合相关动力学指标对各项动力学性能进行评定。分析结果表明：变轨距机车考虑轮对间隙后，机车在相同运行条件下的轮轨垂向力、轮轴横向力、轮对垂向加速度和轮对横向加速度峰值略有增大，但增幅在可接受范围内；考虑轮对间隙由设计值增大到磨耗限值时，变轨距机车运行稳定性和平稳性指标略有变差，但各项指标值均在标准规定的限值范围内，表明25 t轴重变轨距机车的轮对间隙设计限值合理可行。     

并联高挠圆簧两端串联橡胶弹簧系统水平方向刚度分析

为了降低高挠圆簧的工作应力和组合弹簧系统的水平方向刚度值，铁道机车车辆转向架二系弹簧悬挂系统采用并联高挠圆簧两端串联橡胶弹簧结构。基于经典弹簧水平方向刚度分析理论，建立了高挠圆簧和橡胶弹簧的力和力矩与线位移和角位移关系式，导出了并联高挠圆簧两端串联橡胶弹簧的水平方向刚度分析的直接计算方法，为此类系统设计提供了理论依据。     

螺旋圆弹簧的横向刚度分析

分析比较几种国内外常用的螺旋圆弹簧横向刚度计算方法发现,由于各种方法使用的螺旋圆弹簧计算高度算法不同,导致螺旋圆弹簧横向刚度计算结果有比较大的差异。为此定义螺旋圆弹簧自由高与簧条直径之差为螺旋圆弹簧有效自由高度,用以统一各方法中的螺旋圆弹簧计算高度算式。计算结果表明,当螺旋圆弹簧的有效自由高度与垂向挠度之差等于螺旋圆弹簧计算高度时,用各种方法计算出的螺旋圆弹簧横向刚度与试验结果最为接近。     

机车轴间轮径差对其动力学性能影响的仿真分析

为了遵守车轮轮径差限度要求,在机车检修作业中旋修擦伤或磨耗车轮时经常需要对同机车其他未伤损车轮也进行旋修,往往会造成极大的浪费.鉴于此,以某三轴转向架电力机车为研究对象,采用仿真分析方法研究了不同轴位的轮径差对机车动力学性能的影响.采用SIMPACK软件建立机车动力学分析模型,计算了只对第一位转向架单个轮对旋修时机车的动力学响应.结果表明,各种工况下机车运行安全性指标均未超出限度值,在制定轮对旋修方案时从机车运行安全性的角度考虑可适当放宽机车同一转向架轮径差限度要求;但由于各轴轮对存在轮径差会对轮轨垂向力和机车的运行安全性指标产生一定的影响,同时也会对各轴牵引电机的工作性能产生影响,因此具体的轮径差限度值要通过进一步的试验和仿真研究来确定.     

转臂轴箱定位节点位置对机车动力学性能影响分析

利用SIMPACK建立某出口2B0机车动力学模型,分析了转臂轴箱定位节点的纵向位置对机车动力学性能的影响.研究表明节点纵向位置对机车横向稳定性有较显著影响,而对机车直线和曲线通过性能影响不大.得出了在动力学模型中,需要把转臂作为一个单独元件考虑,以减小计算误差的结论.     

螺旋圆弹簧加橡胶垫的横向刚度研究

提出了螺旋圆弹簧两端加橡胶垫情况下的横向刚度计算方法,当考虑一端橡胶垫刚度无限大时可获得螺旋圆弹簧一端加橡胶垫的横向刚度。计算结果表明,所计算的横向刚度值与试验值比较接近。对比研究发现,要获得与试验值接近的计算值,当单独计算圆弹簧的横向刚度时需要考虑刚度矩阵的修正系数,而计算螺旋圆弹簧加橡胶垫的横向刚度时则不宜考虑修正系数。     

径向转向架机车的减振器端部安装刚度分析

采用仿真软件SIMPACK建立一种2C0径向转向架机车模型。在该模型中分别考虑了二系垂向减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车动力学性能,如机车平稳性、临界速度和曲线通过稳定性的影响,提出了相应的设计建议。     

存在轮齿裂纹的机车轮对驱动单元动力学性能研究

为仿真轮齿裂纹对轮对驱动单元动力学性能的影响,利用多体动力学软件SIMPACK,在不采用Gear-pair力元的前提下,通过移动Marker、函数表达式以及输入函数等建立齿轮副啮合振动模型,并将其应用于机车轮对驱动单元动力学模型进行仿真分析。仿真结果表明,齿轮副啮合振动模型计算结果与Gear-pair计算结果相差在10%以内;齿轮副啮合振动表现出刚度的时变特性;小齿轮分度圆裂纹将引起轮对驱动单元在时域上表现出冲击特性;当裂纹达到一定深度(刚度减小到一定值)时,轮对驱动单元在频域上表现出小齿轮的转速基频,因此,可通过频域分析达到故障诊断的目的。     

轴箱轴承轴向自由间隙对机车动力学影响分析

对于速度200 km/h的C0-C0轴式高速机车,轴箱轴承轴向自由间隙对机车高速运行时横向动力学性能的影响较大。本文采用SIMPACK动力学软件,建立了牵引电机架悬的C0-C0轴式高速机车计算模型,就轴箱轴承轴向自由间隙对机车运行稳定性、横向动力学性能和曲线通过性能的影响进行了较为深入的研究。研究表明,合理设置轴箱的端轴和中间轴轴承的轴向自由间隙,可以提高机车稳定性、改善机车直线以及曲线运行品质。较大的中间轴轴向自由间隙和较小的端轴轴向自由间隙对提高机车运行稳定性有利。对于速度200 km/h的C0-C0轴式高速机车,端轴和中间轴的轴向间隙分别取0.5~1 mm和5~8 mm较为合适。