圆销车钩自由转角与车体参数匹配性的研究

为了明确圆销车钩自由转角与车体主要结构参数的匹配关系,采用理论分析与动态仿真相结合的方法,研究了曲线通过及直线承压工况下,机车车体主要结构参数与车钩转角的关系.结合缓冲器的非线性迟滞特性并采用控制系统仿真方法,建立了圆销钩缓系统的对中钩肩模型,该模型能够较好体现钩肩回复力的实时性;采用内插样条函数进行拟合,根据工程图纸对车钩钩头轮廓曲线进行数据离散,反演得到钩头轮廓曲面,并建立了一对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,进一步考虑了连挂钩头间的相互作用,能够准确模拟连挂钩头间的相对运动;通过对不同自由转角条件下机车的受力情况进行分析,得出了车钩自由转角设计推荐公式,并通过动力学仿真对其进行了验证.研究与仿真结果表明,受轨道曲率变化的影响,车钩实际转角比静态计算结果要偏大0.5~1.0,钩头间的相对转动可对车钩转角进行补偿,以顺利实现机车曲线通过;车钩自由摆角与车体结构要有较好的匹配,以保证机车承压时的运行安全性,同时建议该型机车钩缓系统自由转角设计值应小于8,这与推荐公式的计算结果有较好的一致性.      

基于纵向压力的2B_0重载机车动力学特性

为了解决2B0重载机车牵引试验中出现的3次扩轨掉道事故,分析了纵向压力作用下机车车钩倾斜与稳定原理,推导了车钩自由角的计算原理.根据车钩的试验数据,建立了车钩动力学模型.计算结果表明:大纵向冲动下车钩严重偏转是导致事故发生的主要原因;为了保证车辆安全运行,大摆角车钩必须具有对中复位功能;车钩自动复位能力、钩缓装置的特性对于机车车辆轮对侧磨有显著影响.     

纵向压力作用下重载机车与轨道的动态相互作用

为了研究重载机车的轮轨动态安全性,考虑车钩纵向力对重载机车与轨道结构系统动力学性能的影响,根据实测车钩力和线路不平顺,对重载机车在直线轨道和曲线轨道上制动时的轮轨动态相互作用性能进行了仿真计算．研究结果表明,在纵向车钩力为1500kN,车钩自由角为3°的工况下,重载机车以80km／h的速度在直线轨道上和以60km／h的速度在曲线轨道上制动时,所有轮轨安全性能指标满足行车要求．     

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

高速公路凹形竖曲线路段防眩设施高度计算及应用

为有效解决防眩设施统一高度在凹形竖曲线路段存在的交通安全隐患,从最不利车道与车型组合角度出发,根据发出眩光车辆、防眩设施位置、受眩光影响车辆3点是否在凹曲线内,建立了一般意义下的凹曲线防眩设施高度计算模型,并推导出防眩高度计算表达式。研究结果表明,凹形竖曲线路段及其前后一段距离内防眩高度比平直路段高,应按修正值进行高度设计。     

重载货车冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响

基于摩擦缓冲器动力学理论、车钩双向接触方法与车体摇枕载荷传递模型, 构建了车辆冲击三维动力学模型, 仿真了不同冲击速度与不同空重车状态的货车冲击, 分析了车辆冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响, 并通过试验对仿真结果进行了验证。分析结果表明: 利用车辆冲击三维动力学模型顺利实现了车辆冲击时缓冲器动态特性、车钩连挂动态特性与摇枕横向载荷的仿真计算, 并获得了与冲击试验较为吻合的结果, 其中车钩力误差基本小于10%, 摇枕横向载荷误差基本小于25%;空车质量较小, 在冲击作用下车钩和从板姿态变化大, 因此, 重车冲击空车时车钩力动态曲线振荡特性较重车冲击重车更为明显, 甚至局部出现尖峰; 相对于车钩接触模型与力学传递特性, 摩擦缓冲器模型存在黏滞特性, 导致重车冲击重车和重车冲击空车下车钩接触力较缓冲器阻抗力分别小24%和31%;车钩力和摇枕横向载荷随着冲击速度的提高而逐渐增大, 且时间变化历程与最大峰值出现的时间基本一致, 相同速度下重车冲击重车的车钩力要大于重车冲击空车的车钩力, 在3、5、8km·h-1速度下分别大57%、25%和37%, 而产生的摇枕横向载荷刚好相反, 3种速度下分别小42%、53%和47%, 因此, 重车与空车调车连挂过程更容易造成转向架摇枕横向载荷过大, 应严格控制其连挂速度。      

机车关键参数对车钩转角与机车运行安全性的影响

针对列车车钩承压偏转行为,分析了机车结构参数与车钩转角之间的关系,通过建立由3节新型33t轴重C0-C0轴式重载机车与2组具有钩肩特性、缓冲器迟滞特性的圆销钩缓装置组成的列车动力学模型,研究承压工况下机车结构参数对车钩转角与列车运行性能的影响.计算结果表明:在列车车钩自由转角为8°时,承压时车钩的实际转角达不到8°,此时车钩钩肩不发生作用,稳钩力由机车二系止挡提供,车钩横向力全部传递至轮对,导致机车的轮轴横向力超标;提高二系止挡间隙或降低止挡间距等参数,可以增加车钩的转角,减小车钩横向力,降低轮轴横向力,提高列车的运行安全性;在重载机车车钩选型中,应该考虑机车结构参数与车钩自由转角的匹配关系.     

4万吨列车拨车机牵引载荷仿真计算

根据澳大利亚4万吨列车拨车机项目的要求,利用拨车机动态载荷仿真系统计算了拨车机牵引4万吨列车的拨车载荷,分析了车钩间隙和速度曲线对拨车载荷的影响,在此基础上对4万吨列车速度曲线进行了分段优化.结果表明:4万吨列车在原始速度曲线下的最大拨车载荷为1 679 k N;车钩间隙小于40 mm时,增大车钩间隙能有效减小最大拨车力,而当车钩间隙大于40 mm时,增大车钩间隙减小最大拨车力的效果降低;所提出的五段优化速度曲线,将拨车效率提高了31.7%.     

一种评定摆式列车回复安全性的方法

提出了采用摆式列车倾摆机构的回复刚度来评定摆式列车的回复安全性的方法。回复角刚度表述了在倾摆过程中倾摆机构失去动力时,车体回复中位的稳定性。当回复角刚度为正时,车体可在重力作用下回复到中位;为负时则不能回复到中位;为零时处于临界状态。可以把回复角刚度作为衡量车辆回复安全性的指标。     

长大重载列车中部机车跳钩机理与防控对策

基于多体动力学理论,构建了2万吨重载列车中部机车-货车三维动力学模型,分析了连挂车钩初始高差、车钩钩头摩擦因数等关键因素对中部机车跳钩的影响规律,探究了空制缓解与牵引工况下中部机车-货车连挂车钩分离的形成机理,并提出相应的防控对策。研究结果表明:中部机车-货车连挂车钩在压钩状态下能够保持稳定,但在钩缓系统由压缩状态转变为拉伸状态的过程中,机车电制力、牵引力将使连挂车钩产生垂向相对跳动;进入拉钩状态后,较大的初始高差和较差的钩头摩擦因数使得连挂车钩自锁力不足,导致车钩间垂向相对位移迅速增大;若机车垂向转角限值过大,车钩间垂向相对位移将进一步增大至300 mm以上,最终导致车钩分离现象的发生;当钩头摩擦因数和机车车钩垂向转角限值分别为0.08、8°时,空制缓解工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、电制力施加比例分别为40 mm、40%,牵引工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、牵引力施加比例分别为30 mm、50%;空制缓解工况下,当初始高差为50 mm、电制力施加比例为70%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.09、6°;牵引工况下,当初始高差为50 mm、牵引力施加比例为100%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.10、7°。可见,为有效抑制跳钩事故的发生,须严格限制连挂车钩间的初始高差,适当减小机车电制动力/牵引力,增大车钩钩头的摩擦因数,以及限制机车车钩的垂向最大转动角度。      

车辆冲击数值模拟研究

为了研究车辆冲击对车辆运行安全性的影响,依据缓冲器计算理论,利用Simulink软件建立了货车缓冲器动力学修正模型;根据车辆系统动力学理论及车钩计算模型,利用UM软件建立了装用K6转向架的C80货车完整自由度车辆模型.将上述模型联合仿真,实现了车辆冲击的数值模拟.计算结果表明:两组车之间的冲击比一辆车与一组车间的冲击危害更大;车钩和从板质量使车辆产生高频小幅的车钩力;悬挂因素导致完整自由度车辆冲击模型的车钩力比单自由度车辆冲击模型小21.7%;车辆在纵向、横向和垂向存在耦合关系,轮轨垂向力随着冲击质量以及重心高度的增加而增大,轮轨横向力随着车端纵向压力的增加和曲线半径的减小而增大.      

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

重载机车二系横向止挡参数对车钩稳定性的影响

通过建立包含13A/QKX100型钩缓系统、两台八轴机车和一台模拟货车的列车动力学模型,计算制动工况下重载机车不同二系横向止挡参数匹配方案的车钩摆角和列车运行安全性指标,得出适当增大二系横向止挡刚度、减小二系横向止挡自由间隙,可以有效减小车钩摆角,有利于保持车钩的动态稳定并提高机车运行安全性。最终提出三种二系横向止挡参数匹配优化方案,即二系横向止挡自由间隙为10 mm,刚度为原刚度的2倍;二系横向止挡自由间隙为15 mm,刚度为原刚度的3倍;二系横向止挡自由间隙为20 mm,刚度为原刚度的5倍。     

双链式悬索桥车桥耦合振动研究

采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶2种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响.针对桥面设计理论竖曲线、水平竖曲线、运营20多年后实测竖曲线,综合考虑桥面不平度,探讨在单个移动车辆荷载下双链悬索桥的车振响应特征.这对该类桥动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义.     

车钩箱位置误差对重载机车动态性能的影响

为了探明车钩箱中心线相对车底架中心线存在横向偏差及对制动时机车动态性能的影响规律,测量了八轴机车底架几何参数.测试结果发现,车钩箱偏离车底架中心线范围约5~10 mm.根据测量结果,考虑国内重载机车常用的车钩缓冲器装置的结构特点,建立了具有时变弧面接触特性的钩缓动力学模型和由2台八轴机车组成的列车动力学模型.在此基础上分析了不同横向偏差的车钩摆角、车体横向错位以及机车行车安全性.研究结果表明:在厂线试验条件下,若车钩箱偏离中心线距离越大,制动后车钩摆角与车体横向错位增大,行车安全性越差.为保证行车安全性,车钩箱偏离距离应不超过9 mm.      

制动特性对列车纵向冲动的影响

针对大秦线重载列车实际运用中出现的纵向冲动过大的问题,使用基于气体流动理论的空气制动特性仿真和基于刚体动力学的列车纵向动力学联合仿真方法,研究制动波传播的均匀性、制动波速、制动缸升压特性等制动系统特性对纵向冲动的影响.结果表明在制动波速不变条件下,制动波匀速传播与非匀速传播时列车纵向冲动水平基本一致;制动波速对列车车钩力影响显著,波速越高,车钩力越小;在列车制动能力不变的条件下,随着列车首尾车制动缸压强曲线开口度的收敛,纵向冲动明显降低,最大车钩力发生位置向列车后部移动.     

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿一拉夫森达代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。     

智能电动车弯曲道路场景中的避障路径规划

为研究智能电动车在弯曲道路场景下进行避障规划的有效性, 提出了一种将笛卡尔坐标系转换为曲线坐标系的方法, 利用5次贝塞尔曲线对弯曲道路场景中的车道线进行逼近得到参考路径, 通过对参考路径进行弧长参数化, 以弧长为横坐标, 横向偏移为纵坐标的方法建立曲线坐标系, 根据车辆和子目标点在曲线坐标系中的位置关系, 采用3次多项式实时生成候选路径, 利用序列二次规划算法对候选路径进行优化; 为验证所提算法的有效性, 以某智能电动车为平台, 利用单目相机、64线激光雷达、工控机等设备搭建试验车, 通过Apollo平台对车辆在弯曲道路场景中的避障算法进行在线仿真, 在园区实车试验中对避障算法进行了GPS位置误差和航向角累计误差分析。研究结果表明: 在曲线坐标系中进行车辆弯曲道路场景下的避障路径规划, 能有效地描述规划路径曲率半径、车辆中心位置偏移车道线距离等信息, 容易确定自身车辆的可行驶区域、前方障碍物位置信息, 从而生成最优路径; 在园区场景的避障过程中, GPS位置误差发生在初始点、转弯点以及避障点, 最大误差为0.15 m, 航向角累计误差为12°, 突然增大的弯道位置误差主要由车辆姿态瞬时改变及障碍物匹配过程引起, 但是误差都能够很好地控制在一定范围之内, 利用曲线坐标系解决弯曲道路场景中的避障路径规划是可行的。      

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

门架式转向架迫导向机构曲线通过动力学性能

为了预测安装了迫导向机构的100%ULF(tra low floor)低地板车辆的曲线通过性能,分析了门架式转向架的迫导向机构组成及其导向原理,推导了其导向参数的理论公式,建立了动力学模型,并通过计算机仿真详细分析了迫导向机构对车辆曲线通过性能的影响,对比分析了加装前后车辆的4个曲线通过性能指标.研究结果表明:加装迫导向机构后车辆的一、二位轮组轮轨横向力变化较小,脱轨系数也无明显变化,轮组冲角可以减少0.5左右,约减少60%,外轮磨耗指数减少量均超过了10 kN();在对加装迫导向机构后的车辆在不同曲线半径下的通过性能进行预测,当曲线半径大于100 m时,曲线通过性能较好,当曲线半径小于10 m时,转向架的各项曲线通过性能指标响应变得较为敏感,总体车辆在迫导向机构的作用下具有较好的小半径曲线通过性能.