基于转向架悬挂参数与踏面锥度优化的高速车辆动力学性能分析

利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立包含高速车辆车轮不同踏面和60kg/m钢轨型面的车辆系统动力学模型,研究改变车轮踏面锥度和悬挂参数对车辆动力学性能的影响,并根据计算结果得出一组新的优化参数。结果表明:车辆系统的稳定性主要由轴箱定位刚度和抗蛇行减振器阻尼决定,而舒适性主要由二系垂向阻尼、横向减振器阻尼以及系统垂向刚度决定。对于轮轨磨耗而言,优化后的高速车辆车轮踏面具有较好的耐磨性能,踏面锥度大、对中性好,不易产生较大幅度的横向振动。总体而言,优化后的车轮踏面锥度和悬挂参数在平稳性、稳定性和磨耗方面优于或接近标准参数车辆,验证了其可行性,为车辆结构参数统一化设计提供相应理论依据。     

径向转向架机车的减振器端部安装刚度分析

采用仿真软件SIMPACK建立一种2C0径向转向架机车模型。在该模型中分别考虑了二系垂向减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车动力学性能,如机车平稳性、临界速度和曲线通过稳定性的影响,提出了相应的设计建议。     

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。     

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。     

车轮踏面外形及轮径差对车辆动力学性能的影响

车轮踏面磨耗导致车轮外形改变,使其滚动圆直径产生偏差,对车辆系统的动力学特性影响较大.为了对其影响程度进行表征,依据某动车组车型建立多体系统动力学模型,分析不同磨耗程度下的稳定性、平稳性及安全性指标,研究踏面凹形磨耗对列车运行的影响.动力学仿真分析发现,随着车轮外形和轮径变化的加剧,产生轮轨接触的非对称现象,导致车辆稳定性受到极大影响,平稳性变差.因此,为了保证车辆运行的稳定性及安全性,应设法避免使用外形严重磨耗的车轮.     

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。     

基于稳定性分析的动力集中动力车车轮踏面匹配研究

针对160km/h速度等级动力集中动力车,采用SIMPACK软件建立了整车动力学计算模型,对比分析了JM_3和LM_A踏面与60kg/m钢轨匹配时的动力车稳定性;基于振动模态,结合一系纵向刚度,分析了踏面磨耗过程中等效锥度变化对整车稳定性的影响,发现当车轮踏面等效锥度从0.01增大到0.5,在临界速度达到最高时,动力车失稳模态由车体侧滚转变为驱动摇头,随后临界速度下降。结果表明,采用JM_3踏面动力车能获得更好的稳定性。     

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。     

高速动力车轮轨几何参数设计

本文对我国机车与德国高速动力车轮轨几何关系中的基本参数作了比较，结合我国实际情况，确定了我国高速动力车的轮轨匹配基准，在此基础上，按照磨耗型踏面设计原则，编制了踏面设计程序，设计了大量踏面外形，并用轮轨接触几何关系程序作了计算和分析。结合高速动力车整体性能，选择了一种等效斜度特性全理，轮轨接触状况优良，对轨底坡适应性较强的踏面，作为我国高速动力车车轮的磨耗型踏面。     

减振器安装刚度对径向转向架机车横向动力学性能的影响

首先通过仿真软件SIMPACK建立了一种2C0径向转向架机车模型,在该模型中,分别考虑了一系抗摇头减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车横向动力学性能的影响。其中主要分析了上述3种减振器的端部安装刚度对机车横向平稳性、抗蛇行运动稳定性和机车的曲线通过性能的影响,并提出了相应的建议。     

高速列车车间悬挂对运行平稳性影响的研究

以列车为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了带车端悬挂系统的5辆车编组、3辆车编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型,对高速列车的运行平稳性进行研究。对单车和3辆车编组的列车模型的频域分析表明车辆间加入车端悬挂系统增加了车辆间的耦合,能有效地提高列车高速运行时的平稳性。运用5辆车编组的列车动力学模型,采用时域仿真的方法,对车端悬挂参数进行了研究。研究表明车端的横向及垂向刚度和阻尼分别对列车的垂向和横向运行平稳性影响较大,车端的纵向能同时起到抑制车辆点头和摇头振动的作用,但需要设置较大的数值。     

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。     

转K6型转向架减振系统对C80型铝合金敞车动力学性能影响研究

为了探明转K6型转向架减振系统对C80型铝合金敞车动力学性能的影响,特组织了一次线路动力学试验。试验对象共计3辆装用不同减振系统的C80型铝合金敞车,减振系统的区别主要在于斜楔材料及枕簧和减振弹簧刚度。试验结果表明,通过换装组合式斜楔减小转向架系统的相对摩擦系数,可以明显改善车辆的垂向振动性能,使空、重车的垂向振动加速度及垂向运行平稳性指标降低,并且对车辆的横向力、脱轨系数及轮重减载率的影响较小。试验结果还表明,降低转向架减振系统的弹簧刚度对降低车辆的轮重减载率是有益的。     

采用传统转向架与径向转向架的HX_D1C型电力机车动力学性能比较

为了改善我国重载牵引电力机车的轮缘磨耗现象,本文采用多刚体动力学软件SIMPACK分别建立了采用径向转向架和传统转向架的C_0-C_0轴式HX_D1C型电力机车动力学模型,通过比较两者的非线性稳定性、直线运行性能和曲线通过性能,结果说明采用径向转向架的HX_D1C型电力机车可以满足120 km/h速度的运用要求;直线运行性能优良;除了通过曲线时车体横向和垂向加速度外,曲线通过性能优于原车;降低轮缘磨耗显著,在100km/h以下减磨效果明显,各计算工况下轮缘磨耗降低60%以上,车轮磨耗功降低47%以上。     

新型地铁车辆动车动力学性能分析

针对一种新型地铁动车运用动力学软件Adams/Rail建立了该车的虚拟样机模型,并对其动力学性能进行分析,得出该车蛇行运动临界速度无论在新轮状态还是在车轮磨损状态都能满足设计和运行的要求,而且以67 km/h的速度通过小曲线半径曲线时具有很好的安全性能,直线运行平稳性良好.     

高速列车横向平稳性主动控制规律研究

提高列车的运行平稳性是机车车辆动力学的研究热点。本文以列车的横向运行平稳性为研究对象,采用面向对象的建模方法,建立了由3节车辆组成的车组横向动力学模型,并将作动器放置在车端构成车端主动悬挂系统。采用轨道不平顺高速谱作为输入,考虑轮轴间时延,运用遗传算法对控制器进行优化设计。研究表明,采用车端主动悬挂系统,运用本文算法,车组的横向运行平稳性得到了提高;当在端部车辆的端部二系悬挂中再并行设置作动器,并采用改进的天棚阻尼器算法后,端部车体的振动得到了有效抑制,整个列车横向运行平稳性进一步得到了改善。     

钢轨打磨对动车组轮轨匹配及磨耗影响研究

为解决动车组车辆在运行中出现的晃车及加速度异常情况,对磨耗后钢轨型面进行打磨,并通过仿真分析以及跟踪测量对打磨效果进行评估。分析结果表明,打磨后轮轨接触点对分布较打磨前更窄,分布于滚动圆附近,轮对发生横移时滚动圆半径变化较小,但由于其较小的接触面积导致接触应力较大,易产生较大的垂磨;打磨后钢轨匹配时由于等效锥度较小,对车辆运行稳定性及车体振动起到改善作用;打磨后钢轨的磨耗位置居中,磨耗面积小但垂直磨耗大,在运行一段时间后,轮轨接触光带会缓慢增大。因此,钢轨打磨缓解了车辆运行过程中构架横向加速度异常的情况,虽其滚动圆处垂磨较大,但其总磨耗量较打磨前小,且降低了对钢轨的损伤,有利于延长钢轨的寿命。     

地铁车轮磨耗及其对轮轨匹配状态的影响

对国内某地铁线路的车轮磨耗规律进行了现场调查和分析。车轮磨耗集中于轮缘根部和踏面-25~30 mm范围。LM32模板动车车轮踏面磨耗突出区为-8~-4 mm,25万~40万km里程车轮最大磨耗量为2.5~4.0 mm。采用薄轮缘LM30模板镟轮的拖车车轮踏面磨耗集中在-10~10mm范围,19万km以内里程踏面磨耗量为0.2~0.5 mm。利用轮轨接触几何理论和轮轨滚动接触理论,研究不同车轮磨耗状态下的轮轨静态匹配性能,包括接触点对分布和轮轨接触应力,分析车轮表面裂纹的机理。车轮轮缘根部与钢轨轨距角集中接触容易导致接触光带偏向轨距角。轮缘根部及踏面上小曲率半径区与钢轨集中接触是产生车轮踏面接触疲劳的主要原因。     

我国200 km/h速度等级高速客运机车转向架平台设计分析

针对我国200 km/h客运的需求,作者建立了适于200 km/h速度等级、轴功率1 600 kW的3轴机车转向架平台设计方案。该转向架可满足我国牵引18-20节客车和200 km/h高速客运需求,并可在机车车体和转向架主体结构均保持不变和装配接口不变的条件下,通过转向架内部的局部调整,适应速度160-230 km/h、轴重21-23 t机车的集成需求。3轴转向架结构方案以机车足够的稳定性、高黏着、低磨耗、低轮轨作用力为设计目标,采用交流驱动单元和驱动单元弹性架悬、低位推挽牵引、轮盘制动、磨耗形踏面和柔性二系悬挂等多项先进成熟技术。计算分析表明,该转向架理论上非线性临界速度可达480 km/h,直线运行和曲线通过性能优良。