高速客车空气弹簧非线性横向刚度特性研究

空气弹簧是铁道车辆转向架,尤其是高速客车和地铁车辆转向架的关键部件,其横向弹性特性对车辆的运行品质具有重要的影响.文章运用非线性有限元分析技术研究了高速客车用带金属裙板的自由膜式空气弹簧的横向弹性特性,分析了空气弹簧大变形的几何非线性及胶囊与金属裙板形成的接触非线性问题.给出了空气弹簧横向非线性特性较为精确的描述,理论计算与试验结果较为吻合.研究表明:空气弹簧的横向刚度随胶囊内压的增加而增加;胶囊铺层帘线角对横向刚度有较大影响;帘线层数越多,横向刚度越大,但在胶囊总厚度给定时,层数的影响不大.     

空气弹簧非线性横向特性的有限元计算

根据超弹性材料的非线性本构关系,考虑空气弹簧的材料非线性、几何非线性和接触非线性问题,应用MSC.Marc软件建立了空气弹簧的有限元模型,以计算空气弹簧横向载荷与横向位移响应特性,得到其非线性横向刚度曲线,并通过实测数据验证了这一计算的合理性。并据此研究了内压、帘线角、帘线层数、帘布线厚度等空气弹簧参数对横向刚度的影响,以及帘线角对胶囊各铺层应力的影响,为空气弹簧的优化设计和横向特性分析提供了新思路。     

基于有限元的空气弹簧刚度分析

空气弹簧是现代轨道交通车辆的主要减振元件,能有效改善轨道车辆的动力学性能,提高乘坐的舒适性和车辆的运行稳定性。文章利用非线性有限元软件ABAQUS对空气弹簧的垂向刚度与横向刚度进行模拟分析,通过考虑空气弹簧的非线性性质、结构参数等影响空气弹簧刚度的因数,对基于各影响因数下空气弹簧刚度特性进行比较分析。     

有限元法研究空气弹簧参数对横向特性的影响

用非线性有限元分析技术研究了由多层正交各向异性复合材料构成的铁道车辆用空气弹簧的非线性特征，分析了大变形几何非线性工况下胶囊与金属裙板接触形成的非线性接触问题，讨论了空气弹簧各参数组合对空气弹簧横向特性的影响。     

双层客车用空气弹簧参数计算与特性试验

本文介绍了双层客车用空弹簧装置的主要结构特征和主要技术特性参数。对空气弹簧垂直刚度、横向刚度进行了参数计算。给出了空气弹簧疲劳、破裂极限压力、气密性能、垂直刚度、横赂刚度特性试验结果及空气弹簧装置垂直刚度测试结果。总结了双层客车用空气弹簧研制的经验和体会，并提出了改进意见，为坦进一步研制高速客车用空气弹簧悬挂装置提供了理论和试验参考依据。     

一种新型高速客车空气弹簧的非线性有限元分析

应用CAD技术建立高速客车空气弹簧模型，利用ABAQUS非线性有限元分析软件，计算和研究了它的各项力学特性，并就影响空气弹簧横向和垂向力学性能的各种主要进行了讨论。     

空气弹簧技术在轨道车辆领域的运用、研究及展望

从空气弹簧应用特性的角度对其技术发展进行了梳理，分别总结了空气弹簧垂向性能、横向性能及扭转性能的技术特点，并对其在国内外动车组、磁浮列车与城轨车辆上的运用情况进行了介绍。针对空气弹簧相关理论研究，讨论了空气弹簧系统有限元模型、等效力学模型及气动力学模型。其中有限元模型适用于分析空气弹簧结构特性、材料特性与接触特性，等效力学模型适用于车辆动力学计算，气动力学模型适用于空气弹簧非线性动力学计算。基于当前空气弹簧理论研究与技术应用现状，探索了CFD与动网格技术在空气弹簧特性分析中的应用，使用有限体积法对空气弹簧内部三维湍流进行数值模拟。总结了不同控制方法在空气弹簧系统中的运用，探讨了智能监测技术在空气弹簧系统中运用的可能性，展望了空气弹簧系统在状态预测、故障预警、健康评估等技术领域的发展。     

动车组空气弹簧低温性能试验设计与研究

对动车组空气弹簧进行低温性能试验是改善高寒动车组转向架动力学性能的重要方面。简要分析了空气弹簧的低温工况,设计了空气弹簧全低温二维加载试验方案,并与常温和半低温试验方案进行分析比对,重点通过全低温二维加载试验方案来研究空气弹簧的低温气密性、垂向刚度及横向刚度。研究表明:试验设计与实际工况一致,全低温二维加载试验方案更能准确反映出空气弹簧的低温性能,随着温度降低空气弹簧垂向、横向刚度变大,低温气密性满足要求。     

不同激励频率下空气弹簧幅变特性研究

为验证所建立TPL-ASN空气弹簧模型的准确性,并研究激励幅值对空气弹簧动态特性的影响规律。采用基于TPL-ASN模型的自编空气弹簧动态特性仿真软件(ASDS),建立某高速动车组空气弹簧试验台模型,分析不同激励幅值下空气弹簧的动态特性,并将仿真计算的动刚度、阻尼比、阻尼和传递比与试验结果对比。结果表明,TPL-ASN空气弹簧模型能准确反映空气弹簧的非线性幅变特性;在中低频范围内,空气弹簧动刚度、阻尼比和阻尼的幅变特性较为明显,而在低频范围内激励幅值对空气弹簧动态特性基本没有影响;传递比的幅变特性在共振频率附近尤为明显,在中高频范围内较为复杂,在低频范围内影响较小。     

空气弹簧的刚度及阻尼特性研究

介绍了空气弹簧的热力学特性,对空气弹簧的垂直刚度特性和阻尼特性进行了分析。结果表明:空气弹簧的刚度不仅与其静平衡位置时的压力和容积有关,还与其有效面积变化率和体积变化率有关。空气弹簧的阻尼特性与空气弹簧本身结构有关,同时还受外界激扰频率及振幅的影响。当外界激扰条件发生变化,空气弹簧系统的阻尼特性也将随之改变。     

悬挂式单轨列车曲线通过性能分析

曲线通过性能分析是转向架设计的基础之一。使用多体系统动力学软件建立悬挂式单轨列车-轨道系统60自由度动力学模型,模型考虑轮胎-轨道接触非线性,空气弹簧和抗横摆减震器弹簧非线性。模拟悬挂式单轨列车通过曲线轨道时导向轮与轨道间法向接触力的动态变化过程,研究了空气弹簧水平刚度和轨距变化对转向架曲线通过性能的影响。结果表明:悬挂式单轨列车转向架具有不同于传统轨道车辆的曲线通过形态;空气弹簧水平刚度对转向架的曲线通过形态和导向轮法向接触力有显著的影响,水平刚度为0.01 MN/m时,相较于水平刚度0.1 MN/m,最大导向轮轨法向接触力可减小63.2%;轨距变化对转向架的曲线通过性能影响不明显,减小空气弹簧水平刚度可改善转向架的曲线通过性能。     

空气弹簧发展及其研究现状

文章详细论述了国内外空气弹簧的发展应用情况以及囊式、约束膜式和自由膜式空气弹簧的三种结构型式。对空气弹簧横向刚度、垂向刚度、动力学性能以及空气弹簧半主动控制方面的研究状况做了详细概述。指出了空气弹簧今后需重点研究及发展的方向。     

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。     

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。     

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。     

二系螺旋弹簧刚度计算

采用有限元计算方法,对机车车辆二系螺旋弹簧的刚度进行计算。结果表明,弹簧在横向载荷作用下,由于上端移动,垂向载荷的作用位置随之发生变化,在弹簧两端切口的影响下,弹簧的受力状态发生变化,垂向刚度随载荷的变化而变化比较明显,横向刚度与所施加的横向载荷方向有关。     

装用SW-160型转向架客车动力学性能优化分析

针对装用SW 160型转向架的客车进行动力学性能分析计算,重点分析运行平稳性。分别进行了空气弹簧节流孔直径尺寸、二系悬挂横向刚度值、二系悬挂横向阻尼系数值等不同参数的优化分析工作。通过改变这些悬挂参数并与原型参数结果进行对比,找出优选方案,提出改善车辆运行性能的办法。对计算结果与振动试验台试验结果进行对比分析,以验证变化规律的一致性。     

基于变刚度弹簧模型的弓网动力学分析

针对刚性悬挂接触网,基于变刚度弹簧接触网模型,提出了高效可靠的弓网耦合动力学仿真方法,并将接触压力和接触压力频谱结果与有限元法获得的结果进行了比较。计算结果表明：速度小于120 km/h时,变刚度弹簧模型的计算结果与有限元模型的结果较为一致,同时变刚度弹簧模型具有建模简单,计算效率高的优点,适合用于地铁线路的弓网耦合动力学仿真与评价。