独立旋转车轮动力学性能研究

独立旋转车轮的结构型式与传统轮对相比具有很大的差别，在直线和曲线上的轮轨接触动力学性能也有明显差异。独立旋转车轮理论上不存在纵向蠕滑，具有较高的临界速度和较低的轮轨磨耗，其直线对中性能和曲线导向性能较差。利用计算机仿真，对独立旋转车轮和传统轮对的动力学性能进行了比较分析。     

独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究

独立旋转车轮能够消除轮轨间的纵向蠕滑，理论上不存在蛇行运动，故在直线上可以获得较高的临界,基曲线上可使因纵向蠕滑而产生的轮轨噪音消失。与传统轮对相比，独立旋转车轮缺乏由纵向蠕滑力而产生的导向力矩，故在曲线上无自导向功能，基本上只能靠轮缘导向。曲线通过性能是车辆动力学研究领域中的重要课题之一。车辆由直线进入曲线，特别是通过缓和曲线时，由于受到线路的各种激扰，轮轨间将产生复杂的作用力，对车辆的曲线通过性能产生极大的影响。本文建立独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，模拟实际线路，利用数值模拟方法对车辆通过曲线的全过程进行动态仿真计算，得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架曲线通过的动力学响应值。通过对两种转向架曲线通过时的轮轨横向力，脱轨稳定性及轮轨磨耗等动力学性能进行分析比较，提出了独立旋转车轮转向架曲线通过时所存在的问题。     

阻尼耦合轮对动力学性能及最佳耦合度研究

阻尼耦合轮对是一种较新型的轮轨导向系统,现建立阻尼耦合轮对车辆的动力学模型,系统地分析了耦合阻尼对其直线稳定性和曲线上轮轨横向力的影响,并得出了轮对最佳耦合阻尼取值范围。研究发现,选择适当的耦合度时,阻尼耦合轮对的应用能够克服转向架临界速度的提高和曲线通过性能的提升之间的矛盾,使二者同时得到改善。     

电磁差速耦合轮对导向机理

为解决独立旋转车轮在直线上不易自动对中和小半径曲线通过能力不足的导向问题,国内外学者提出了诸多耦合轮对技术方案.文中提出了一种新的电磁差速耦合轮对技术方案,该技术方案是在独立旋转车轮的基础上横向加装电磁耦合器构成耦合轮对,以实现独立旋转车轮差速控制.利用电磁耦合器的等效电路计算电磁耦合器传递的电磁耦合力矩,通过对电磁差...     

车轮耦合方式发展及其导向机理

详细分析了传统轮对、独立旋转车轮及耦合轮对等3种不同模式轮轨系统的导向机理，认为传统轮对虽然存在蛇行运动，但其自身却具有直线上的自动对中能力和曲线上的自动导向能力．应用也较广；独立旋转车轮虽然不存在蛇行运动．但在直线上的自动复原能力不如传统轮对．近年来在城市轨道车辆上被广泛采用；耦合轮对兼具前二者的优点．但其工程化尚有难度，相信不久的将来会成功地应用于铁道车辆中。     

弹性车轮车辆临界速度及曲线通过性能分析

建立了弹性轮对车辆—轨道耦合系统动力学模型,对弹性轮对车辆—轨道耦合系统的临界速度及曲线通过性能进行了动力学仿真,并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。根据GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定及试验规范》进行评价,结果表明,弹性车轮的临界速度及曲线通过性能均满足要求。     

独立旋转车轮导向机理研究

讨论了对导向产生影响的轮轨作用力;比较分析了传统轮对和独立旋转车轮的导向机理.结果表明传统轮对虽存在蛇行运动,但具有较好的导向性能;独立旋转车轮不存在蛇行运动,但其直线上自动对中性能和曲线上的导向性能不如传统轮对.     

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究(待续)

独立车轮转向架在高速车辆中有良好的发展前景,但由于缺乏直线复位和曲线转向能力,长期没有得到普及和推广.本文通过理论分析和动力学计算表明,采取适当措施使独立车轮轮对以拖动的形式前进,可以有效解决独立车轮的导向问题.拖动式独立车轮轮对在直线上复位可靠,在曲线上借助径向调节装置能够近似地处于轨道的径向位置,与传统轮对比较,其横向动力学性能大为改善.     

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%。     

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究

独立车轮转向架在高速车辆中有良好的发展前景，但由于缺乏直线复位和曲线转向能力，长期没有得到普及和推广。本文通过理论分析和动力学计算表明，采取适当措施使独立车轮轮对以施动的形式前进，可以解决独立车轮的导向问题。拖动式独立车轮轮对在直线上复位可靠，在曲线上借助径向调节装置能够近似地处于轨道的径向位置，与传统轮对比较，春横向动力学性能大为改善。     

耦合轮对的应用研究

建立了耦合轮对转向架车辆的动力学计算模型,利用数值模拟方法对不同半径曲线的通过情况进行了动态仿真计算.通过传统轮对与独立轮对、耦合轮对的比较,认为耦合轮对具有更好的动力学性能.基于耦合轮对的特点,提出采用耦合轮对抑制粘滑振动的新方法,并对其可行性进行了分析.分析表明,由于耦合轮对蠕滑力的可控性,采用耦合轮对能有效抑制轮对的粘滑振动.     

一种基于转速反馈的独立轮对的主动导向控制方法

采用左、右轮转速差作为反馈量,对独立轮对的摇头量进行主动导向控制,并研究控制的效果。研究表明:如果仅使用左、右轮转速差作为反馈量,只能使轮对达到纯滚线位置;但在经过补偿速度和轨道曲率的信息后,能使轮对达到线路中心位置。采用转速差反馈主动导向控制后,系统的稳定性会发生变化,反馈增益的稳定区域随着速度增大而减小,补偿速度和轨道曲率信息不会改变控制增益的稳定区域。仿真分析表明这种主动导向控制方法所需要的功率很小。这种方法的反馈量,即左、右轮对转速差可以通过测量车轮的转速而获得,因而这种主动导向控制方法具有显著的实用价值。     

采用不同车轮耦合方式的轮对纵向振动分析

针对传统轮对、独立旋转车轮及弹性阻尼耦合轮对,利用Matlab编制了仿真程序,采用卡尔克简化理论FASTSIM分析了不同模式轮轨系统的纵向振动特性。认为不同模式轮轨系统的纵向振动情况的不同是由其左、右轮的不同耦合方式引起的。     

独立轮对柔性耦合转向架耦合刚度对动力学性能的影响

提出一种独立轮对柔性耦合转向架的方案。通过理论分析得知,一旦耦合刚度合理匹配,该转向架就会在二系悬挂系统和柔性耦合元件的协调作用下自动把前后轮对调整到径向位置,这说明独立轮对柔性耦合转向架有望彻底解决独立轮对的导向难题。然后通过数值仿真全面分析了耦合刚度对独立轮对柔性耦合转向架动力学性能的影响,找出了其影响规律,获得独立轮对柔性耦合转向架耦合刚度的最佳匹配关系,为今后独立轮对柔性耦合转向架的方案设计提供了重要的理论依据。同时本文还提出了独立轮对柔性耦合转向架能产生类蛇行运动的新观念。     

轮对柔性对车辆动态曲线通过性能的影响研究

为了研究车辆系统中轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能的影响,运用多体系统刚柔耦合动力学理论,通过有限元软件ANSYS将轮对柔性化处理后导入多体动力学软件UM中,建立考虑轮对为柔性的某型高速车辆刚柔耦合动力学模型,研究轮对柔性对高速车辆动态曲线通过的各项安全性能指标及平稳性的影响,对比分析不同工况下轮对刚性与柔性对高速车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明:刚柔耦合动力学模型的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和垂向平稳性指数较多刚体动力学模型均有不同程度的降低,而轮轨接触角、轮对侧滚角位移和横向平稳性指数较多刚体动力学模型有所升高。考虑轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能有一定的影响,柔性轮对较刚性轮对更能真实地反映车辆系统的动力学性能。     

横风作用时间对高速客车直线运行安全性的影响

基于车辆/轨道耦合动力学原理,建立了横风作用下的车辆/轨道耦合动力学模型。模型中,车辆系统采用两系悬挂共35个自由度的多刚体动力学模型。轨道系统采用3层连续弹性离散点支承模型。用赫兹接触理论计算轮轨法向力,用沈氏理论计算轮轨滚动接触蠕滑力,并用显式积分法求解系统运动方程。横风由作用在车体中心的气动升力、侧力和倾覆力矩来模拟。通过数值计算,得到了横风作用下高速客车直线运行的系统动态响应,分析了不同横风作用时间对运行安全性的影响。结果显示,随着横风作用时间的增长,车辆脱轨系数、轮重减载率乃至倾覆系数迅速增大,车辆运行安全性不断降低。     

独立旋转车轮及其在低地板城轨车辆上的应用

文章阐述了独立旋转车轮的发展及其现状,对其导向机理进行了分析,并以近年来国外最新开发的低地板城轨车辆为例,介绍了独立旋转车轮在现代低地板城轨车辆上的应用,通过与采用传统轮对转向架实现低地板化设计的城轨车辆对比,论述了低地板城轨车辆的发展趋势,并对低地板城轨车辆在我国的运用前景进行了展望。