独立旋转车轮变轨距转向架

简要介绍了国外现有的变轨距转向架的运用与发展现状, 根据中国国情, 提出了一种采用独立旋转车轮的新型变轨距转向架方案, 并对其总体结构及变轨距机理进行了分析, 利用计算机数值模拟方法对变轨距转向架的动力学性能进行了研究。结果表明, 提出的变轨距转向架方案是可行性的, 其具有较好的直线运行稳定性和平稳性, 但其直线对中性能和曲线通过性能有待采取必要的措施加以改善。     

独立旋转车轮转向架横向动力学研究

建立了独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，利用数值模拟方法得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架动力学响应值，比较了两种转向架的横向动力学性能。由于独立旋转的左右车轮无转动约束，所以纵向蠕滑力很小甚至为零，从而消除了轮对蛇行现象。研究还表明，轮轨磨擦系数对独立旋转车轮的对中性能影响较大。     

独立轮对耦合转向架导向性能

提出了一种新型的独立轮对转向架方案——独立轮对耦合转向架.理论分析表明,独立轮对耦合转向架不仅在曲线上具有很好的径向调节功能,而且在直线上也具有良好的复位性能,说明独立轮对耦合转向架能解决独立轮对的导向问题.建立了独立轮对耦合转向架的动力学仿真模型,以分析该转向架的动态导向性能.仿真结果与理论分析结果吻合.     

低地板独立旋转车轮动力转向架设计

介绍了独立旋转车轮转向架在城市轨道交通中实现低地板的优势,提出了一种低地板独立旋转车轮动力转向架的设计方案.并利用有限元软件ANSYS根据UIC 615—4对转向架构架进行静强度分析.     

独立车轮转向架车辆曲线通过性能分析

系统地分析了独立车轮转向架车辆的曲线通过性能，着重对独立车轮和传统轮对的磨耗状况进行了比较．研究表明：独立车轮转向架车辆具有良好的曲线通过性能，能以15km／h的速度通过半径为50m的曲线；且与传统轮对相比磨耗水平较低，适合在城市轻轨低地板车中采用。     

独立旋转车轮动力学特性分析

同传统的整体轮对相比,独立旋转车轮由于理论上不存在轮轨间的纵向蠕滑,在理想化的、无激扰的线路上具有较高的临界速度和较好的曲线通过性能。但在实际运用中,正是由于其缺少纵向蠕滑力的特点,使轮对在直线轨道上的对中性能下降而产生轮缘接触和曲线上只能靠轮缘导向。介绍了独立旋转车轮的运用和发展,并通过计算机模拟提出独立旋转车轮有待解决的问题。     

后轮对独立回转转向架与传统转向架曲线通过性能的对比研究

利用典型的线性稳态模型对传统转向架和新型转向架（后轮对独立回转转向架）的曲线导向能力进行了分析。建立了具有14个自由度的非线性车辆模型,对最佳的一系纵向刚度布置（前导轮对的纵向刚度较小,跟从轮对的刚度较大）的新型转向架和传统转向架车辆的曲线性能进行了仿真对比。仿真结果表明,新型转向架的曲线导向性能优于传统转向架。     

后轮对独立回转新型转向架的曲线通过性能研究

利用力(矩)的平衡原理,分析了新型转向架曲线导向性能提高的机理.在文献[2]的基础上对最佳的一系纵向刚度布置的新型转向架和传统转向架车辆的曲线性能进行了仿真对比.研究结果表明新型转向架的曲线导向性能优于传统转向架.     

后轮对独立回转新型转向架轮轨横向力的分析

从理论上分析了固定轮对转向架、独立车轮转向架和后轮对独立回转新型转向架通过曲线时的受力情况。围绕轮轨横向力这一重要曲线通过性能指标比较了三种转向架曲线通过性能的优劣 ,通过比较发现后轮对独立回转新型转向架的曲线通过性能最好。然后建立了后轮对独立新型转向架车辆的动力学计算模型 ,利用数值仿真结果对理论分析进行了验证 ,发现理论分析和仿真结果基本上是吻合的     

轻轨车辆电气耦合轮对导向控制技术

针对独立车轮自导向性能差的问题,应用改进电轴技术在轻轨车辆电机单独驱动独立车轮中,形成一种电气耦合轮对型式,以无形的电轴替代传统的机械轴,改善导向性能.从电路分析理论出发,分析了新型耦合轮对的耦合性能和影响因素,确定电气耦合轮对是一种对左右车轮转角差自动施加反馈控制的技术,且轮对耦合的强弱可通过调节电容与电阻实现,调节电容方案因能耗低而优于调节电阻方案.建立电气耦合轮对和弹性阻尼耦合轮对轻轨车辆横向动力学模型,分析了轮对的转向行为.仿真结果表明:电气耦合轮对耦合力矩最大达到近1kN·m,耦合能力强;直线上受激扰后,2种车辆的横移量与摇头角自行趋于0,通过曲线时,横移量稳定值小于8 mm,摇头角小于0.2°,因此,2种耦舍轮对车辆具有直线对中能力和曲线通过性能;通过小曲线时,电机因电气耦合而造成的最大耗能功率低于140 W,系统能耗低.     

25t轴载外径向臂径向转向架动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论, 分析了25t轴载外径向臂径向转向架的结构特点和受力特性, 建立了货车-轨道空间耦合动力学模型, 并编制电算程序对外径向臂径向转向架和普通三大件转向架进行了车辆横向运动稳定性、直线运行和曲线通过性能仿真分析。分析发现: 对普通三大件转向架加装外径向臂, 可使转向架稳定性提高10%以上, 轮轨磨耗降低40%以上, 轮轨横向力降低20%以上。     

高速列车车轮偏心磨耗的形成机理与发展规律

为了研究高速列车车轮偏心磨耗的形成机理,根据现场测试和多体动力学仿真结果,建立了高速列车车轮-钢轨系统有限元模型,采用瞬时动态仿真分析了车轮残余静不平衡对轮轨法向接触力的影响;对最高速度为250 km·h^-1动车组列车的运营速度进行现场测试,计算了列车匀速运行区间的平均速度;基于摩擦功周期性波动引起轮轨非均匀磨耗的观点,分析了车轮残余静不平衡量对轮轨接触力的影响,研究了车轮偏心磨耗的成因;通过改变轮轨有限元模型中车轮辐板上特定区域的材料密度来模拟残余静不平衡量,研究了偏心磨耗与残余静不平衡量大小的关系;通过重新编译有限元模型节点坐标来模拟偏心磨耗后车轮踏面的真实轮廓,研究了车轮偏心磨耗的发展规律。仿真结果表明：当高速列车以237 km·h^-1的速度匀速运行时,车轮残余静不平衡会引起轮轨系统发生约24 Hz的振动,导致轮轨法向接触力周期性变化,引起车轮踏面发生1阶非圆磨耗,即车轮偏心磨耗;随着磨耗的不断加深,轮轨系统约48、72 Hz的振动被激励,引起2、3阶车轮多边形磨耗;当磨耗后的车轮踏面最大径跳大于0.15 mm时,在0~150 Hz的频率范围内,72 Hz的振动强度最大,导致车轮3阶多边形磨耗迅速增加;降低车轮残余静不平衡量可减缓1阶非圆车轮的形成。     

制动工况下机车车辆转向架颤振机理

为了消除低速制动工况下轻量化设计的机车车辆有颤振现象与颤振振动对车体、转向架和悬挂系统产生较大的破坏作用,提高车辆的运行平稳性,减小铁道沿线的噪音污染,分析了制动工况下机车车辆转向架发生颤振现象的机理及其影响因素,推导了列车制动块的运动方程。分析结果表明,颤振是车辆系统在低速运行时的自激振动产生的,与转向架构架结构和悬挂系统有关,可通过改进构架设计或调整转向架参数予以避免。     

结构模式对转向架构架扭转刚度的影响

将客车转向架焊接H形构架简化为由等截面直梁组成的模型,通过考察各梁在扭转载荷下的变形分布,研究降低构架扭转刚度的措施,并采用有限元方法对理论分析结果进行了验证。计算结果表明:侧梁上盖板开槽能使构架扭转刚度降低3%;改变横梁截面形式后,构架扭转刚度将减小19%,构架在超常载荷下的最大von_Mises应力降低3%。分析结果表明:构架侧梁上盖板开槽对其扭转刚度影响不大,并将引起局部区域较强的应力集中;横梁弯曲与扭转刚度对转向架构架扭转刚度有较大影响,将无缝钢管横梁改为箱型梁能够显著降低构架扭转刚度;同时,由于扭转刚度降低,构架在超常载荷下最大von_Mises应力也有所降低,轨道扭曲载荷对构架强度的影响减弱。     

基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m^-1·mm^-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m^-1·mm^-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。     

提速客车转向架安全吊座疲劳失效机理与改进方法

分析了提速客车转向架安全吊座孔附近产生的疲劳裂纹特征, 提出共振现象造成的结构振动疲劳是该部位产生裂纹最主要原因的假设; 通过有限元仿真得到安全吊杆的前1¹0阶模态振型, 分析了各阶模态频率; 进行线路实测加速度与动应力试验, 得到等效应力、加速度及其主频, 并与有限元仿真结果进行对比分析; 在掌握了安全吊座失效机理的基础上, 通过结构改进与调整连接方式优化安全吊杆结构及其固定方式; 对新结构进行线路实测试验, 并对其安全性与经济性进行评估。研究结果表明: 受普通客车运行线路条件影响, 安全吊杆振动频率(加速度主频为91.78 Hz, 动应力主频为91.00Hz) 与有限元计算的第4阶模态频率(95.79Hz) 相近而产生共振; 安全吊杆的纵向加速度功率谱密度远大于其横向值与垂向值, 这与列车的运行方向相吻合, 因此, 振动疲劳使得安全吊座孔边产生裂纹; 在螺栓孔两侧增加5mm厚垫片, 并且将安全吊杆由钢板折弯结构更改为钢丝绳柔性结构能够最大程度降低螺栓孔处等效应力幅值, 减少疲劳损伤累积; 改进后的安全吊杆满足1 200万公里的使用要求, 取得较好的经济效果。     

车辆转向架全域应力推演与实时监控

为了提高疲劳强度评定和疲劳寿命预测的可靠性与精度, 基于结构可测位置应力提出了全域应力推演方法进行任意位置的应力预测。引入了基于无网格计算的径向基函数插值理论, 建立了新的插值域选择规则, 改进了传统Multi-Quadric(M-Q)径向基函数。为了验证改进的M-Q径向基函数的插值性能, 在对转向架构架施加横向载荷为58 kN, 牵引载荷为55 kN, 垂向载荷为85 kN, 选取了应力不可直接测量的8个位置, 分别采用改进的M-Q径向基函数与薄板样条(TPS)径向基函数进行插值精度比较。分析结果表明: 采用改进的M-Q径向基函数预测的应力最大相对误差为0.090 6%, 平均相对误差为0.028 4%, 采用TPS径向基函数预测的应力最大相对误差为1.611 3%, 平均相对误差为0.604 2%, 因此, 采用改进的M-Q径向基函数推演转向架构架应变片不可测位置应力的计算精度远优于采用TPS径向基函数的精度; 结合改进的M-Q径向基函数插值算法, 开发了一套车辆转向架全域应力推演和实时监控系统(TPL Monitoring), 具有良好的交互性、实时性和可扩展性。     

Analysis of steering performance of differential coupling wheelset

In order to improve the curving performance of the conventional wheelset in sharp curves and resolve the steering ability problem of the independently rotating wheel in large radius curves and tangent lines, a differential cou- pling wheelset （DCW） was developed in this work. The DCW was composed of two independently rotating wheels （IRWs） coupled by a clutch-type limited slip differential. The differential contains a static pre-stress clutch, which could lock both sides of IRWs of the DCW to ensure a good steering performance in curves with large radius and tangent track. In contrast, the clutch could unlock the two IRWs of the DCW in a sharp curve to endue it with the characteristic of an IRW, so that the vehicles can go through the tight curve smoothly. To study the dynamic performance of the DCW, a multi-body dynamic model of single bogie with DCWs was established. The self-centering capability, hunting stability, and self-steering performance on a curved track were analyzed and then compared with those of the conventional wheelset and IRW. Finally, the effect of coupling parameters of the DCW on the dynamic performance was investigated.