悬挂参数对悬挂式单轨车横向稳定性影响分析

研究目的:为分析悬挂式单轨车辆通过曲线时的横向稳定性问题,基于国内某型悬挂式单轨系统,采用多体动力学软件Universal Mechanism建立60自由度的车-线系统动力学模型,以车体和摇枕为主要研究对象,探索车辆横向偏角在不同减振装置参数下的变化特性。研究结论:(1)横/垂向减振器阻尼、空气弹簧水平/垂向阻尼参数的变化对悬挂式单轨车体和摇枕的横向晃动几乎没有抑制作用;(2)降低空气弹簧水平刚度有利于减缓车辆的横向晃动,而减小垂向刚度会进一步增大晃动的可能性;(3)若考虑在摇摆减振器处并联钢弹簧,其刚度的增加有利于减小车体和摇枕的最大横向偏角,而摇摆减振器阻尼的增大则侧重于减少车体和摇枕的振动周期数,因此应综合考虑摇摆减振器阻尼、刚度参数设计,以有效提升旅客舒适度体验;(4)本研究成果可为悬挂式单轨车辆悬挂参数优化及线路设计提供一定的参考。     

车轮踏面凹形磨耗对动车组车辆运行性能的影响

基于武广线上运行的某高速动车组车轮的磨耗状态的跟踪测试,发现车轮踏面以凹形磨耗为主。对不同运行阶段实测车轮踏面磨耗状态进行分析,研究磨耗车轮与钢轨接触时的接触几何参数。根据线路上实际运行动车组性能参数,运用SIMPACK软件包完成车辆系统动力学模型,对比分析S1002CN车轮与实测踏面车辆的运行稳定性、平稳性及安全性指标,研究车轮踏面凹形磨耗对列车动力学性能的影响。研究结果表明:车轮踏面凹形磨耗将导致转向架及轮对横向加速度急剧增大,车辆稳定性、平稳性将有所降低,凹形磨耗是引起转向架横向报警的直接原因。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

高速动车组横向稳定性问题研究

高速动车组的横向稳定性关系到旅客的乘坐舒适度甚至安全性。总结多年以来的高速铁路运用经验,通过理论研究、仿真分析和运用试验等,研究了高速动车组横向稳定性问题的产生原理、影响因素和解决措施。经分析可得,抗蛇行减振器动态刚度等参数对车辆横向稳定性影响较大;车轮踏面磨耗后,在局部线路位置与不饱满轨头匹配不良是引起转向架高频蛇行振动的主要原因,通过定期维护车轮和钢轨状态,可以有效改善这一问题。     

武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究

通过对武广客专动车组车轮踏面和车辆振动性能的长期跟踪测试,得到车轮踏面磨耗、等效锥度和振动性能随运行里程的变化规律.将等效锥度作为评估车轮踏面磨耗程度的参数,探讨了车轮踏面磨耗对振动性能的影响.最后通过对比武广客专动车组降速前后车轮磨耗和车辆振动数据的差异,分析了速度下降对车辆振动性能和车轮磨耗的影响.结果显示,车轮踏面磨耗量随运行里程增加逐步增大,运行里程大于15万km后,车轮踏面磨耗速度呈逐渐增大趋势;武广客专两种不同踏面外形的主要磨耗区域基本相同,但最大磨耗位置不同;轮轨等效锥度不仅可以评估车轮踏面磨耗程度,还直接影响构架横向失稳的频率、幅值;其他条件不变的情况下,速度的调整对车轮踏面磨耗和振动性能影响显著.     

轮轨结构参数对列车运动稳定性的影响

基于车辆—轨道耦合动力学理论,运用动力学仿真软件TTISIM,系统地分析和探讨了机车车辆的抗蛇行减振器,一系悬挂刚度,转向架轴距,车轮踏面锥度对临界速度的影响,以及轨距,钢轨小反,轨底坡,扣件刚度和阻尼等参数对列车稳定性的影响。指出在计算机车车辆的临界速度时,不仅要考虑整车的结构参数和模型,还应把轨道模型和结构参数纳入整个模型和分析过程。这对铁路机车车辆结构参数优化设计,提高或改善机车车辆运动稳定性,及既有线提速改造和高(快)速铁路修建等工程问题均具有实际意义。     

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。     

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。     

高速动车组线路动力学响应特性研究

针对速度为300 km/h的高速列车开展线路长期服役动力学性能试验,研究车轮磨耗、稳定性、平稳性和振动特征等随运营里程、线路条件、环境温度和列车运行速度等参数的变化情况,揭示车辆在多个镟修周期内的时域、频域动态响应特性。跟踪测试里程达到100万km,测试不同运行里程下的车轮踏面廓形、钢轨廓形以及关键部件的振动加速度和悬挂系统位移,并采用统计均值、极大值、极小值和分位数等统计指标表达测试结果。结果表明:车轮磨耗和轮轨匹配等效锥度随运营里程线性增长,运行30万km踏面磨耗0.8 mm,平均磨耗速率0.18 mm/10万km,等效锥度约为0.30～0.35;磨耗后期的轴箱、构架加速度均方根增大2倍以上,但平稳性指标受车轮磨耗影响小。     

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。     

高速列车型面不同磨耗状态下的过岔性能研究分析

基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,以国内某型号动车组和客运专线18号道岔为对象,采用多体动力学软件UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,分别计算与分析高速列车车轮磨耗状态下轮岔作用及对车辆过岔动力学性能相关问题。模型中考虑了车辆悬挂力元非线性、轮轨接触几何非线性特性等非线性因素,采用更贴合实际的轮轨非椭圆多点接触算法研究高速列车不同运营里程下的型面磨耗对列车通过道岔区间的动力学性能影响。结果表明:型面磨耗会导致轮轨垂向力增大,横向力减小;对车体、构架和轮对垂向振动特性影响大于横向振动特性;对脱轨系数影响较小,对磨耗功率和轮重减载率影响较大;对道岔钢轨振动特性影响横向大于垂向。     

采用下摇枕转向架的车辆横向稳定性研究

对采用下摇枕结构转向架的车辆进行了线性和非线性稳定性分析后得出如下结论:车辆失稳模态为构架与轮对同频同相振动的转向架蛇行模态,随着车轮踏面磨耗,车辆横向稳定性降低;当一系水平刚度减小时,轮对蛇行模态的自然阻尼减小;当牵引杆纵向刚度降低时,构架横向振动模态自然阻尼减小,横向稳定性降低。轮对水平定位刚度和旁承摩擦因数以及牵引杆纵向刚度对下摇枕结构车辆横向稳定性具有显著影响,三者中任一参数的变化都会影响到整车横向稳定性。     

横向磨耗对非圆化车轮车辆动力学性能的影响

为了分析横向磨耗对车轮非圆化状态的车辆动力学性能的影响,对现有的SIMPACK软件进行二次开发,建立车辆系统动力学模型,模型中考虑了在非圆化车轮上施加实测车轮踏面廓形。研究测试结果表明:车辆动力学特性结果的响应规律主要受车轮非圆化状态影响,而车轮踏面横向磨耗主要对结果的均值贡献较大。     

高速列车车轮型面磨耗预测及参数研究

建立CRH380B型动车组车辆多体动力学模型,通过仿真计算轮轨接触参数,再通过FASTSIM算法结合Archard磨耗模型预测其磨耗量,并与实际车辆磨耗数据进行对比。结果表明,仿真与实际测量的车轮型面磨耗发展情况相似。并对影响车轮磨耗的参数进行数值仿真分析,主要计算在不同轮轨接触磨耗系数和不同钢轨道床扣件垂向及横向刚度变化情况下的车轮型面磨耗变化,结果表明降低摩擦系数可有效降低车轮磨耗,而钢轨道床扣件的刚度对车轮磨耗影响很小。     

车轮偏磨对高速列车直线运行性能的影响

对某高速线路上运用的高速列车车轮踏面磨耗特性进行跟踪测量,发现高速列车车轮踏面以凹形磨耗为主,各轮对均存在偏磨现象,部分车辆出现整体向同一侧偏磨的现象。对现场实测车轮的轮轨接触几何特性进行计算分析,根据列车参数建立车辆动力学仿真模型,分析凹形磨耗及不同车轮偏磨形式对车辆动力学的不利影响。结果表明:当轮对出现偏磨时,随着轮对横移的变化,踏面等效锥度存在负锥度现象,导致轮轨接触的平衡位置偏离轮对对中位置,加快偏磨的发展;凹形磨耗踏面轮轨接触点存在多个平衡位置,车辆运行过程中轮轨接触点在几个平衡位置间跳跃造成"轮缘到假轮缘"的冲击振动,影响车辆的运行性能;当车轮产生偏磨后,轮轨冲击振动对车辆的影响变得更为复杂;同相偏磨较反相偏磨对车辆的临界速度及平稳性影响更为严重。     

实测车轮踏面对动力学的影响研究

利用SIMPACK动力学仿真软件建立我国某现役高速动车组的动力学模型。对服役5万km, 10万km, 15万km和20万km的线路实测车轮踏面对动力学影响并进行分析。分析结果表明:随着车轮踏面服役里程的增加,车辆系统的临界速度先增加后减小再增加后趋于平缓;随车轮踏面服役里程的增加垂向平稳性指标变化不大,横向平稳性除服役10万km外均随服役里程的增加而增加;车轮踏面服役里程对脱轨系数、轮轴横向力、磨耗功率有较大影响,对轮重减载率影响不是很明显。     

等效锥度对120km/h地铁车辆横向稳定性影响研究

基于目前120 km/h B型地铁车辆在实际运营中出现车轮等效锥度较大的情况,借助Simpack动力学仿真软件,建立车辆多体动力学模型,还原了目前车辆在实际运营中车轮磨耗后出现的异常振动。仿真发现,车辆在车轮等效锥度为0.5时,车体存在因转向架蛇行造成的5.5 Hz振动频率和因车体上心滚摆模态被轨道不平顺激发造成的2.5 Hz振动频率,因此造成车体横向平稳性指标过大。通过对悬挂参数分析发现,适当增大一系横向定位刚度可有效降低车轮等效锥度较大时的车辆横向平稳性指标。     

一系垂向减振器特性对高速客车运行稳定性和平稳性的影响

利用SIMPACK软件建立某高速客车动力学模型,重点研究了一系垂向减振器特性对高速客车运行稳定性和平稳性的影响,不仅较为精确地考虑了减振器的刚度和阻尼大小,而且还考虑了减振器的接头安装刚度、阻尼对称性和卸荷特性等因素。分析结果表明,在适度的范围内选取一系垂向减振器各参数,对高速客车运行稳定性影响很小,对运行平稳性有一定的影响。     

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。     

高速列车横向稳定性仿真分析

运用多体动力学软件UM,建立高速综合检测列车非线性动力学仿真模型.根据京沪高速铁路试验数据,对车体和构架的振动加速度以及在半径为9 000m曲线上的稳态轮轴横向力进行仿真,并与试验结果对比,验证仿真模型的准确性.应用该模型,分别分析车轮的设计型面、磨耗型面和镟修型面与CHN60钢轨接触的3种不同高速列车的横向稳定性.结果表明:在车轮镟修型面和设计型面的轮轨状态下,高速列车的横向稳定性指标相当;而车轮踏面的磨耗会降低高速列车的横向稳定性.调整轨底坡虽然可以改善磨耗型面车轮高速列车的横向稳定性,但同时又会导致设计型面和镟修型面车轮高速列车的横向稳定性恶化;8辆编组的高速综合检测列车各车辆之间的横向稳定性存在明显差异,且随着速度的增大这种差异也不断扩大,其中头车和尾车的横向稳定性比较差;车速为300 km·h-1以上时磨耗功率和轮轨磨耗急剧增大.