基于AMESim平台的轨道车辆空气弹簧系统气动力学仿真模型研究

基于热力学、流体力学和空气动力学理论,建立包括橡胶气囊、附加空气室、节流孔、差压阀和高度调整阀的空气弹簧系统气动力学微分方程组.在此基础上,基于AMESim平台建立轨道车辆的空气弹簧系统气动力学仿真模型,并以某动车组为例进行空气弹簧系统的静、动刚度仿真计算.将仿真计算结果与实测结果对比,验证了该模型能够很好反映实际空气弹簧的静态和动态特性.仿真计算结果表明:该模型解决了常规车辆动力学模型不能模拟空气弹簧刚度变化和高度调整阀在有些工况下会打开的问题,从而提高了车辆动力学仿真的计算精度.     

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%。     

基于空簧气动响应的高速列车交会动力学分析

空气弹簧的动态特性受其内部压力影响较大,为了更深入地分析动车组高速交会时的运行安全性,需要考虑空气弹簧在交会流场下的气动响应。将空气弹簧的气动流体力学模型与某型动车组的整车动力学模型相结合,以列车交会气动流场压力的时间历程作为空气弹簧与车体的外部激励,分析了动车组以不同车速交会时的动力学特性。研究结果表明,交会车速越高,空气弹簧的内压波动幅度越大;会车中车体的垂向平稳性优于横向平稳性;轮轨垂向力与轮重减载率受会车流场的影响较小,在会车时有较大的安全余量;当两车以450km／h车速交会时,空气弹簧内压波动可达30．78％,且轮轴横向力与脱轨系数会在车头鼻端通过观测点的瞬间超过安全限制,影响列车的运行安全性。     

货车极限黏着制动优化方法

基于Polach大纵向蠕滑理论的轮轨接触模型,确定了铁道车辆在制动工况下,轮轨黏着系数达到饱和时的轮轨蠕滑率。以闸瓦压力为优化对象,以轮轨蠕滑率为目标函数,在SIMPACK环境下构建了考虑制动系统的车辆动力学模型。通过ARX系统辨识技术,在SIMULINK环境下构建了轮轨蠕滑率响应的参照系统。为了使车辆模型与参照模型的蠕滑率在制动过程中保持一致,基于MIT自适应控制技术对制动时车辆的蠕滑率响应进行了跟踪,以实现对闸瓦压力施加方案的优化。计算结果表明:与一般闸瓦压力施加方案比较,优化后的闸瓦压力使轮轨最大蠕滑率下降了71.6%,使制动结束时的车速下降了11.8%,说明优化后的闸瓦压力不但能有效避免轮轨间的擦伤,还能够在一定程度上缩短车辆的制动距离。     

抗蛇行减振器阻尼孔径变化对高速车辆动力学性能的影响分析

为研究抗蛇行减振器阻尼孔径变化对列车运行稳定性、平稳性、曲线通过能力的影响,通过阻尼孔的压力-流量方程得到减振器输出阻尼力与其阻尼孔径关系,在Matlab中建立减振器阻尼特性模型,分析抗蛇行减振器在不同阻尼孔径时阻尼特性的变化,将不同的阻尼特性曲线输入到Adams/Rail中,分别建立抗蛇行减振器阻尼孔径不同的高速车辆拖车整车模型,对不同抗蛇行减振器阻尼孔径的列车进行多工况分析。结果表明:在稳定性方面,抗蛇行减振器阻尼孔径的减小可以提高列车非线性临界速度。在平稳性方面,阻尼孔径的变化主要影响列车的轮轴横向力和横向平稳性指标,对垂向平稳性影响较小。在通过曲线时,脱轨系数和轮重减载率随着阻尼孔径的减小而降低,但变化不大。     

轨道车辆空气弹簧悬挂系统应用与研究

概述空气弹簧悬挂系统的结构与特性,重点介绍橡胶气囊、应急橡胶弹簧、附加空气室、高度调整阀与差压阀等空气弹簧悬挂系统的主要元件;对空气弹簧悬挂系统在国外轨道车辆上的应用情况进行综述,并通过我国轨道客车转向架的发展研究空气弹簧悬挂系统对轨道车辆动力学性能的意义;最后归纳近年来空气弹簧悬挂系统的研究方法,讨论其未来的应用前景与研究方向。     

高速动车组空气弹簧故障模式下转向架动态响应

为了模拟高速动车组空气弹簧发生故障后的工作状态,基于气动力学理论与函数拟合方法,建立了空气弹簧系统的三维耦合动力学模型,并将该模型与高速动车组整车动力学模型进行了联合仿真,研究了空气弹簧故障模式下高速动车组转向架的动力学响应.由空气弹簧泄漏过程分析可知,空气弹簧泄漏导致车辆失稳的可能性较小,但会使平稳性下降;车辆的垂向与横向安全性指标峰值分别出现在泄漏面积约为15 mm2和30 mm2处;差压阀在空气弹簧的泄漏中能够有效保障车辆的动力学性能.由车辆曲线通过性分析可知,车辆通过曲线的方向若与空气弹簧的泄漏在同侧,则轮重减载率高出直线工况约20%;差压阀与高度调整阀的失效均会对车辆的动力学性能造成一定程度的影响,但各项指标仍满足安全性要求.      

动车组转向架空气弹簧支撑模式研究

基于空气弹簧的气动力学模型与车辆的多体动力学模型,对2点支撑模式与4点支撑模式下车辆的动力学性能进行了对比研究。此外,分析了2种改进的支撑模式:增加抗侧滚扭杆的4点支撑模式与差压阀可调的前3点支撑模式。研究结果表明,采用2点支撑模式与4点支撑模式的动车组具有较相似的动力学特性;增加抗侧滚扭杆的4点支撑模式能够保证故障状态下车辆的运行安全性;差压阀可调的前3点支撑模式能够在一定程度上提高车辆的曲线通过性。     

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。