基于一系钢弹簧精细化建模的车辆动力学性能研究

为有效地模拟弹簧自身的承载状态及弹簧的故障状态，进而揭示车辆转向架的一系钢弹簧承载力学性能及一系钢弹簧断裂对车辆动力学性能的影响，以某动车组一系钢弹簧为研究对象，采用了一种弹簧本身质量参振的离散模型方法精细化弹簧建模，介绍了弹簧细化模型处理的理论和方法。根据弹簧断裂的实际情况，分析了该动车组一系钢弹簧不同位置的静态及动态承载规律，仿真分析了不同故障工况下，动车组通过直线段和曲线段时的车辆动力学性能。研究结果表明：与外侧弹簧组相比，内侧弹簧组的内、外圈弹簧的静载荷均更大，且内圈弹簧载荷仅为外圈弹簧载荷的1/2左右；在动载荷频率为20～45 Hz范围内，轴箱内侧弹簧的动载荷比外侧弹簧的动载荷大；轴箱外侧外圈弹簧在超员工况下受载最恶劣，外圈弹簧距离弹簧端部1.2圈附近，超员工况下弹簧会和底圈接触且弹簧接触载荷达到3 kN以上；单一一系钢弹簧断裂时，对车辆的平稳性影响较小，但会使车辆的安全性变得恶化，尤其当弹簧中部断裂时，车辆的脱轨系数和轮重减载率会明显增大。