铁路车-线-桥大系统耦合动力仿真计算方法探讨

利用UM多体动力学软件建立高速动车组车辆模型,导入由有限元软件分析得出的无砟轨道-桥梁结构模态信息,采用模态叠加法进行车-线-桥大系统耦合动力仿真分析。结果表明:相对于传统车辆子系统多刚体仿真而言,采用模态叠加法的大系统刚柔耦合动力分析由于能够充分考虑各子系统的参振质量以及相互之间的振动影响,计算得出的车辆动力响应数值更加准确;相对于有限元结构动力分析方法而言,采用模态叠加法的计算相对误差可控制在10%以内,能够满足工程应用的要求,且计算效率得到了大幅度的提高。     

轮轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响研究

为分析车轮和钢轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响,在北京地铁6号线选取典型车辆和区段分别开展了车轮踏面外形和钢轨廓形测试,并在Simpack软件中建立地铁B型车拖车动力学仿真模型。研究结果表明:车轮磨耗存在偏磨现象,且轮缘磨耗严重;等效锥度与车轮磨耗正相关,随着车轮磨耗的增大而增大,与钢轨磨耗负相关,随着钢轨磨耗的增大而减小;等效锥度小于0.07时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而增大;等效锥度大于0.5时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而减小;等效锥度在0.08~0.12时,车辆的非线性临界速度最高,其稳定性裕度最大。     

高速铁路轮轨关系综合信息管理系统设计与应用

高速铁路轮轨关系研究涉及学科范围较广、试验数据繁杂,通常需要不同单位的大量试验人员协作完成,深入分析和综合利用这些海量试验数据和仿真数据,对轮轨关系研究至关重要。文章详细描述采用B/S构架程序开发的高速铁路轮轨关系综合信息管理系统,该系统可以实现对现场试验、仿真试验和实验室试验的流程管理,具有数据上传、审核、下载与共享等功能,并具备数据的展示分析功能,可实现轨道、车辆系统中轮轨试验数据的对应统一,对于促进轮轨关系数据管理的规范化、统一化以及数据的共享开放具有重要意义。目前,此系统已在多个主机厂得到应用,验证了系统功能的可行性和稳定性。     

高速动车组轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响

为分析钢轨波磨、车轮多边形等轮轨短波不平顺条件下轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响,分别从仿真计算、现场试验和台架试验3个方面进行综合分析,通过建立车辆-轨道刚柔耦合系统动力学仿真模型,分析了钢轨波磨和车轮多边形对轮轨耦合振动的影响,并在武广高铁进行了钢轨波磨条件下新、旧轴箱转臂节点对轴箱振动响应的影响试验,在滚动试验台上进行了高阶车轮多边形条件下新、旧轴箱转臂节点对转向架振动响应的影响试验;对已服役运用120万公里的A、B型轴箱转臂节点进行了1 000万次疲劳耐久性试验,论证了服役轴箱转臂节点疲劳可靠性的安全裕量。研究结果表明:在钢轨波长为120 mm,车轮多边形为20阶,钢轨波磨和车轮多边形波深均为0.04 mm的条件下,当轴箱转臂节点径向刚度由40 MN·m-1增加到200 MN·m-1时,钢轨振动加速度、轴箱振动加速度和轮轨垂向力基本不变,在钢轨波磨和车轮多边形等短波激励下,轴箱转臂节点刚度变化不会对轮轨耦合振动产生明显影响;随着疲劳试验次数的增加,轴箱转臂节点径向和轴向刚度均逐渐下降,退役轴箱转臂节点在经历1 000万次疲劳耐久性试验后外观状态基本无改变,芯轴与橡胶粘接部分出现轻微开胶和裂纹,开胶和裂纹深度不大于5 mm,橡胶本体均无裂纹,各项性能满足《机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件》(TB/T 2843—2015)中的规定。      

基于稳态、非稳态振动信号分析的轨道不平顺敏感波长及其与车辆响应间关系的研究

基于轨道不平顺输入与车辆动力学响应输出之间的频域传递特性分析,研究快速确定与车辆系统对应的轨道不平顺敏感波长的新方法.利用该方法分析某型高速车辆所对应的轨道不平顺敏感波长的结果表明:在300～360 km· h-1速度范围内,8m的多波周期轨道垂向不平顺波长会引起高速车辆较大的垂向响应;37m左右的多波周期轨道横向不平顺波长会引起高速车辆较大的横向响应.应用短时傅里叶变换和小波包分析技术这2种非稳态振动信号分析方法对车辆系统的车体垂向加速度进行特征分析,可以较全面地揭示出其时频特性,从而能够间接分析出与车辆振动响应信号相关联的轨道不平顺输入信号的非稳态特性.     

基于Newmark-β预测校正积分法的高速车辆垂向—纵向耦合振动研究

为有效评估轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动系统的影响,以CRH_2型动车组为研究对象,建立具有13个自由度的车辆垂向—纵向耦合振动数学模型,基于Newmark-β预测校正积分法,应用Matlab软件求解系统的振动响应,计算结果与传统多体动力学软件UM的相一致,验证了数学模型和求解算法的准确可靠。在此基础上,分析轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动响应的影响,提出优化措施。结果表明:速度为60和300km·h~(-1)时轮对动平衡引起的激扰力频率与车辆自振频率接近,对应的振动频率为6和31 Hz,车辆运行平稳性降低;采用非线性纵向刚度牵引拉杆,可以有效降低由轮对动平衡引起的6和31 Hz左右的车辆振动,提高乘坐舒适性。     

实心车轴单轮对的脱轨试验与数字仿真

从轮轨关系的角度介绍实心车轴单轮对脱轨的研究现状及脱轨的数字仿真分析。在准静态条件下,在全尺滚动试验台上进行了试验,研究了轮对冲角以及作用于爬轨侧轮缘和非爬轨侧轮缘上的垂向载荷的比率等参数对试验结果的影响。本文在试验结果的基础上,分析了现有的一些评判脱轨的准则,并提出了2个新的评判准则。建立了一个基于爬轨过程的轮轨接触数学模型,并利用数字仿真结果与实测试验的结果对比,验证了该模型的正确性。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性。基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多边形发展的影响。结果表明:随着车辆运行速度增大,最终形成的车轮多边形主导阶次逐渐减小,但产生的激励频率始终在550~600 Hz之间,验证了“频率固定”机理的可靠性;对比分析柔性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨、刚性轮轨4种工况下车轮多边形的发展过程,发现钢轨模态的振动特性对于高阶车轮多边形的产生具有一定的促进作用;增大扣件的刚度可抑制高阶车轮多边形的产生和发展,而增大扣件阻尼则可抑制车轮多边形整体的发展速度。     

转向架失稳的非线性计算方法研究

建立了完整的非线性动力学仿真计算模型,分别使用初始激励法和实测随机不平顺激励法两种非线性稳定性计算方法对等效锥度曲线呈平坦和呈凹形的两类轮轨匹配进行非线性稳定性计算,并对计算结果进行对比。结果发现:等效锥度曲线平坦变化的轮轨匹配形成亚临界Hopf分岔图,并且两种非线性稳定性计算方法所求临界速度基本一致;"凹"形等效锥度形成超临界Hopf分岔图,速度很小时就出现了幅值较小的极限环运动,两种非线性稳定性计算方法所求临界速度相差非常大。     

镟修工艺对动车组车轮多边形磨耗产生和发展的影响

为研究车轮镟修工艺对动车组车轮多边形的影响,对落轮镟床和不落轮镟床2种车轮镟修方式进行对比分析。其中不落轮镟床采用2个摩擦驱动轮的V形定位,因此当镟修过程中驱动轮径跳过大或车轮存在严重多边形时,镟修后可能无法完全消除车轮多边形,出现镟后车轮保留多边形形态的现象,并导致车轮多边形继续发展。通过分析不落轮镟床的工作原理、定位方式及镟修工艺等,提出控制驱动轮径跳、两刀镟修和轴箱体下部支撑镟修的优化措施,经验证,可有效提高车轮多边形的镟修质量,改善镟后车轮圆度状态。