列车系统建模及运行平稳性分析

根据多刚体系统动力学理论,建立拖车和动车的横—垂—纵向耦合动力学模型,在模型中拖车和动车采用相同的结构参数。考虑到车辆系统轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑、钩缓装置作用力和车辆二系悬挂的非线性特性,对动车和拖车进行组合形成6种列车编组方案,并用数值计算方法分析列车运行的平稳性。计算结果表明:列车编组对平稳性影响不大,车间横向连接阻尼和刚度对列车横向平稳性影响显著;列车的头尾车运行平稳性最差,中间车较好;适当的车间横向连接阻尼和改变头尾车车间横向减震器的阻尼值和安装方式,能在一定程度上改善列车的运行平稳性。     

高速列车横向平稳性主动控制规律研究

提高列车的运行平稳性是机车车辆动力学的研究热点。本文以列车的横向运行平稳性为研究对象,采用面向对象的建模方法,建立了由3节车辆组成的车组横向动力学模型,并将作动器放置在车端构成车端主动悬挂系统。采用轨道不平顺高速谱作为输入,考虑轮轴间时延,运用遗传算法对控制器进行优化设计。研究表明,采用车端主动悬挂系统,运用本文算法,车组的横向运行平稳性得到了提高;当在端部车辆的端部二系悬挂中再并行设置作动器,并采用改进的天棚阻尼器算法后,端部车体的振动得到了有效抑制,整个列车横向运行平稳性进一步得到了改善。     

列车动力学模型的研究

研究了列车动力学计算模型的建立方法 ,给出了列车系统状态矩阵的构成及其计算方法 ,采用SIMULINK仿真工具 ,建立了多车编组的垂向和横向列车模型。分别对列车的垂向和横向列车动力学进行了实例计算 ,说明了在高速动车组中采用列车计算模型分析各车辆间悬挂作用的必要性和有效性。     

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。     

铰接式高速列车运行平稳性优化研究

以高速列车为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了三车铰接垂向及横向非线性动力学模型,进行了时域和频域仿真计算。对铰接式高速列车的一系和二系悬挂参数对列车的垂向和横向运行平稳性的影响进行了研究。     

基于归纳谱的单轴单轨转向架二系悬挂系统特性研究

从车辆动力学和振动传递两方面研究了跨座车二系悬挂系统对于整车垂向平稳性以及减振效果的影响。首先建立了车辆动力学分析模型并进行了仿真计算，研究了沙漏弹簧对于车辆垂向运行平稳性指标的影响，给出了沙漏弹簧最佳刚度和阻尼系数。其次，采用归纳谱的方法对实测车辆振动数据进行了归纳处理，并进行了二系悬挂分层传递率的计算，对二系悬挂系统特性进行了减振综合评价。计算结果表明，二系悬挂系统垂向分层传递率波动较大，高频存在振动放大情况；横向分层传递率较为稳定，横向振动能量得到较好的衰减。     

一系水平悬挂刚度对高速客车动力学性能的影响研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用多体动力学软件建立了某型高速车辆动力学模型,研究了高速车辆系统在刚性轨道上运行时,一系水平悬挂刚度参数对车辆横向运行稳定性、曲线通过性能及平稳性的影响。结果表明:一系悬挂横向及纵向刚度参数较大时,车辆系统的非线性临界速度、脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均呈现出较大的值且垂向平稳性下降,而当横向刚度参数较小时,车辆系统的横向平稳性下降。一系横向及纵向刚度参数取值要在合理范围内并尽可能得到最优值,既要满足车辆系统良好的稳定性及曲线通过性能,又要保证车辆系统具有良好的平稳性。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

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。     

高速列车隧道交会对列车横向振动的影响研究

为了研究隧道交会气动载荷对高速列车横向振动的影响,建立了某型号8节编组高速列车数值仿真计算模型。基于三维、非定常、可压缩的Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车在隧道内交会时的气动特性。通过建立8节编组的车辆系统动力学模型,研究了列车交会气动载荷对列车车辆系统动力学响应(列车的安全性和平稳性)的影响,研究结果表明:隧道交会气动载荷对列车的动力学性能的影响非常明显;当列车在隧道交会时,列车的横向振动加剧,列车的安全性和平稳性明显降低,其中头车、中间车和尾车的轮重减载率增加幅值分别为:14.4%、13.3%和9.1%;横向平稳性指标增加幅值分别为:10.66%、12.40%和5.22%。     

半主动悬挂机车平稳性和曲线通过动力学性能仿真研究

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件分别建立二系横向和垂向半主动悬挂机车模型,分析比较了横向、垂向半主动悬挂和被动悬挂的平稳性,以及300 m曲线半径通过时的动力学性能,得出采用半主动悬挂方式可有效地提高机车的平稳性．但同时会使轮对动力学性能恶化。因此有必要对构架结构参数和悬挂系统参数作进一步优化和研究。     

2B0动力车踏面外形对悬挂参数选配的影响

利用多刚体动力学软件SIMPACK,对锥形或磨耗形踏面的某2B0动力车进行了随机不平顺非线性时域响应分析,结果表明:该动力车仅按锥形踏面配置的抗蛇行减振器不利于踏面磨耗后的稳定性;新轮直接采用磨耗外形的动力车容易实现更高的稳定性。该动力车的横向平稳性对踏面外形比较敏感,垂向平稳性不敏感;对于不同踏面外形,二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的卸荷特性对动力车平稳性影响的规律相似。合适的二系横向止挡间隙是保证良好动态曲线通过性能的一个重要因素。     

半体悬式与弹性架悬式200km/h高速动力车动力学性能对比分析

以半体悬式和弹性架悬式200 km/h高速动力车为研究对象,分别建立了动力学分析模型,进行2种方案的动力学性能对比.结果表明二者均能满足运行速度200 km/h的运行要求,且对动力车曲线通过性能影响不大.但采用半体悬式方案时,动力车非线性临界速度高于采用弹性架悬式方案,其垂向平稳性指标比弹性架悬略差,直线运行平稳性能则优于弹性架悬方案.     

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。     

减轻列车轮轨横向动力作用的技术措施

基于铁道车辆-轨道耦合动力学理论及仿真分析系统，分析了机车车辆悬挂参数、结构参数及轨道结构参数对轮轨横向相互作用的影响，在此基础上提出了降低轮轨横向动力作用的技术措施：（1）一系水平定位刚度（纵向和横向刚度）对轮轨横向动力作用影响较大，刚度值选取的基本设计原则是，在充分满足运动稳定性的前提下，尽可能降低刚度值；（2）二系水平（包括纵向和横向）刚度对轮轨横向动力作用影响不明显，设计时，应更多地考虑机车车辆的平稳性；（3）簧下质量对轮轨横向动力作用影响较大，较小簧下质量，将使轮轨横向动力作用得到显著的降低；（4）较低的扣件横向刚度、扣件垂向刚度及道床横向刚度等参数值将有利于降低轮轨横向动力作用。