时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

ZMC080型转向架动力学分析及应用

依据动力学分析理论,结合仿真试验分析方法,模拟了ZMC080型转向架在使用过程中的边界条件,仿真计算了蛇行临界速度、平稳性、脱轨系数和轮重减载率。基于仿真分析的基础上,在实际线路上对ZMC080型转向架的动力学性能进行测试,验证了脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、横向加速度、平稳性等指标均满足标准及设计要求。     

时速400km高速铁路曲线超高研究

通过理论分析对时速400 km铁路线路最大曲线超高、欠超高以及最小曲线半径进行了研究,并建立列车通过高速铁路曲线地段动力学仿真计算模型,对不同工况下高速列车动力学各项安全性和平稳性指标进行计算分析。结果表明:时速400 km高速铁路最大曲线超高、欠超高、过超高、欠过超高之和、最大曲线超高与欠(过)超高之和等参数可以采用既有350 km/h高速铁路规范规定值;高速列车以400 km/h速度通过7 500,8 500,9 000 m半径曲线时,脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等各项安全性指标均在限值以内;从平稳性方面考虑,高低速列车不共线运行时,对时速400 km高速铁路推荐最小曲线半径为9 000 m,一般条件下8 500 m,困难条件下7 500 m;高低速列车共线运行时,为了满足高低速匹配要求,推荐最小曲线半径为8 500 m。     

轮对结构弹性对高速动车曲线通过性能的影响

为了研究轮对扭转、弯曲和伞形特征模态对车辆曲线通过性能的影响,将轮对分别视为刚性体和弹性体,建立了车辆—轨道系统动力学模型。根据UIC518,采用轮轨垂向力、轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率评定车辆曲线通过性能。研究结果表明:轮对一阶弯曲模态对车辆曲线通过性能的影响最大,轮对模态特征频率降低使车辆曲线通过性能指标值增大。将轮对考虑为弹性体,轮对一阶扭转模态、一阶对称和反对称弯曲模态的特征频率分别为46 Hz、62 Hz和128 Hz时,导向轮对的轮轨垂向力、轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率与刚性轮对模型的结果的比值为1.010、1.167、1.241和1.033。轮对结构弹性对轮轴横向力和脱轨系数的影响较大。     

基于轮对模型的铁道车辆脱轨安全性评估

考虑轮对摇头和侧滚运动,推导轮对的三维爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全性评估。建立轮对横向和侧滚运动方程,推导轮轴横向力和轮轨垂向力的计算公式。提出一种轮轨力间接测量方法,利用轴箱加速度、一系悬挂相对位移以及转臂应变等测试量,进行轮轨力的反演识别。通过轴箱转臂标定试验,获得转臂定位节点横向力和转臂应变之间的关系。针对某高速客车进行环线线路试验,对比分析测力轮对和间接测量方法获得的轮轨力。结果表明:间接测量方法得到的轮轴横向力和轮轨垂向力与测力轮对波形吻合,峰值误差分别为11.2%和4.3%。直线段的轮轴脱轨系数和轮重减载率均较低,曲线段二者均显著增大,缓和曲线段的轮重减载率逐渐增大而轮轴脱轨系数变化平缓。     

长大列车纵向冲动对车辆曲线运行安全性影响分析

为分析长大列车在曲线轨道上运行时纵向冲动对车辆运行安全性的影响,运用多体动力学方法,在UM软件中建立长大列车混合动力学模型,对比分析了长大列车在曲线匀速运行和紧急制动时中间车辆的脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率等安全性指标的变化情况。分析结果表明:长大列车在曲线上紧急制动时,列车纵向冲动对长大列车曲线运行安全性影响较大。     

3万吨重载列车作用下小半径曲线段轨道结构横向稳定性分析

建立了朔黄铁路3万吨C80重载列车纵向动力学模型、机车和车辆动力学模型及轨道结构有限元模型，分析了重载列车通过小半径曲线段时最大车钩力分布、车辆运行安全性以及轨道结构横向稳定性。结果表明：3万吨重载列车最大压钩力一般大于拉钩力，压钩力最大值主要出现于第二个万吨编组的前部和第三个万吨编组的中部；3万吨重载列车作用下压钩力、拉钩力、轮轴横向力、轨排横向位移的最大值分别为1 205.00、1 062.10、83.88 kN和1.22 mm，均小于安全限值，满足列车运行安全和轨道结构横向稳定性要求；通信故障情况下脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轨排横向位移均大于正常通信情况下，且其最大值均出现于半径400 m曲线段。     

高速列车曲线通过迭代学习半主动控制研究

高速列车通过曲线时,车辆动力学性能恶化。为改善高速列车通过不同曲线的动力学性能,研究了抗蛇形减振器半主动控制对高速列车曲线通过时动力学性能的影响。根据列车运行具有重复性等特点,结合大数据,设计了PD型迭代学习控制算法,并进行控制算法和多体动力学软件的半主动控制仿真,将结果与无控制的仿真结果进行对比。结果显示:经过10次迭代控制后,列车过曲线时的平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力指标都有所改善。     

侧风下高铁列车交会运行时车—桥耦合振动

采用流体力学计算软件FLUENT和动网格技术建立侧风下2列3节列车交会的气动力计算模型,通过自编UDF程序实现列车交会运动,分析列车交会过程中的气动力。根据列车中间车厢气动力的相似性扩展得到2列8节列车交会的气动力时程,将列车真实非定常的气动力以力元的方式加载到由有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK联合建立的高速列车—多跨简支梁三维动力分析模型中,进行侧风下高速列车交会运行时车—桥耦合振动研究。结果表明:列车交会气动力对列车轮轴横向力、脱轨系数以及竖向加速度的影响较小,但会增大列车的轮重减载率,并显著增大列车的横向加速度;侧风显著增大列车的轮重减载率、轮轴横向力和脱轨系数;列车轮重减载率是控制列车车速阈值的控制因素;列车交会气动力对列车运行安全性的影响不应忽视,在[0,15),[15,20)和[20,25) m·s~(-1)风速的侧风下,列车车速阈值分别为350,275和200 km·h~(-1)。     

PGM-48钢轨打磨小车曲线通过性能分析及改进

利用SIMPACK动力学软件建立钢轨打磨车的仿真模型,对打磨小车在作业工况下小半径曲线通过时的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数进行动力学计算,分析其易发生脱轨的原因,并从结构和悬挂参数方面给出改进意见。     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

考虑列车-轨道-桥梁/声屏障相互作用的高速铁路半封闭式声屏障动力响应分析

为分析列车通过时桥上半封闭式声屏障的动力响应,采用Midas建立了桥梁和声屏障的有限元模型,分析结构的自振特性。基于车辆-轨道-桥梁动态相互作用原理,建立列车-轨道-桥梁/声屏障动态相互作用模型,对列车过桥时的安全性与舒适性进行数值计算,研究半封闭式声屏障的动力响应特点。结果表明:在桥上设置半封闭式声屏障后,桥梁和声屏障整体结构的刚度有所变化;列车以不大于220 km/h的速度过桥时,车辆的安全性指标均合格,车辆的平稳性指标为优秀,桥梁的动力响应指标满足规范要求;桥梁与声屏障连接处的边界条件对声屏障动力响应的影响显著。     

铁路车辆通过曲线时的最小半径研究

通过对车辆在曲线上的运行特征的分析,从车辆自身通过最小曲线半径、抗倾覆能力的最小曲线半径、满足旅客列车最高运行速度要求的最小曲线半径、满足旅客舒适度与内外轨均磨条件要求的最小曲线半径等因素,建立平曲线最小曲线半径与车辆运行特征间的对应关系;从车辆连挂车钩最小曲线半径、工程允许曲线半径、限坡当量竖曲线最小曲线半径、车辆结构限界要求的最小曲线半径、行车平稳性及舒适度要求的最小曲线半径等建立竖曲线最小曲线半径与车辆运行特征间的对应关系;运用相关的参数,对站线曲线半径标准的选择,进行计算与分析;为站线曲线半径标准及道岔标准的选择,提供系统理论根据,为新一轮《线规》及《站规》与工程具体设计,提供系统理论支持。     

高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析

运用轮轨关系,建立高速列车—板式轨道—桥梁系统空间耦合动力学模型。运用列车—线路—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM,分析高速列车以不同速度通过桥梁时,机车车辆、板式轨道及桥梁的动力特性。结果表明,桥上板式轨道能够保证行车的安全性、舒适性和桥梁结构的安全性。     

高速铁路线路参数与线路方案动力分析研究

线路线形条件对高速铁路行车安全性及乘坐舒适性的影响显著增强。我国在制定高速铁路规范时,总结吸收国内外建设及运营管理经验,提出了较高的线形标准。采用动力仿真分析方法对高速铁路参数进行探讨,对高速铁路线路关键参数进行分析,提出线路平、纵断面关键参数合理取值。针对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估。提出线路圆曲线、反向曲线夹直线最小长度、竖曲线最小半径关键参数合理取值,可有效减少工程建设投入;通过对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估,提出通过增加8 000 m曲线半径超高的方法,提高速度400 km/h列车舒适度。     

高速列车隧道内等速交会对车辆动力学性能的影响

基于风压载荷空气动力学控制方程,利用计算流体力学软件FLUENT,分析高速列车在不同线间距隧道内,以不同速度级等速交会时的车体表面风压和受到的气动力;将隧道内交会时受到的气动力以时程荷载的形式施加到车辆动力学模型中,分析其对各项车辆动力学性能的影响规律,并进行安全性和平稳性指标分析。结果表明:列车在隧道内等速交会时,头车所受的气动阻力、升力、横向力最大;高速列车表面所受的风压极值与速度的2.2~2.3次方成正比,所受的气动阻力、升力、横向力与速度的1.8~2.4次方成正比;隧道内高速交会对车辆安全性指标影响不大,仅在交会瞬间产生较大的车体横向振动,当运行速度达到400km·h^-1时各项安全性、舒适性指标均满足限值要求。     

基于舒适度的悬挂式单轨平面曲线参数研究

悬挂式单轨车辆在曲线运动中自主倾斜。舒适度是影响悬挂式单轨线路平面参数的主要因素,研究基于舒适度的平曲线参数合理取值具有重要意义。分析悬挂式单轨车辆力学特性,选取横向倾斜角、未被平衡横向加速度作为圆曲线段舒适度指标,选取横向加速度时变率、横向倾斜角速度、未被平衡横向加速度时变率作为缓和曲线段舒适度指标。构建舒适度指标与平曲线参数间的关系模型。基于不同舒适度要求、速度、最大倾斜角计算确定线路平面最小曲线半径、缓和曲线长度。当最大倾斜角6°、最大未被平衡横向加速度0.5 m/s~2、速度80 km/h时,平面曲线最小半径应不小于325 m。当半径较小时,缓和曲线长度主要取决于横向倾斜角速度、未被平衡横向加速度时变率。     

日本直线电机地铁系统的 发展与改进

较为系统地介绍日本直线电机地铁的发展情况,指出日本直线电机地铁具有车辆断面小、建设成本低、爬坡能力强、转弯半径小、振动噪声低等特点,提出在满足安全舒适性要求、提高小半径曲线通过速度、提高直线电机地铁效率、减少或避免钢轨波磨方面需要继续改进的目标,最后总结了直线电机地铁的适用条件,并展望了直线电机地铁在中国重庆的应用前景。     

基于GA优化模糊PID控制的ATO算法研究

针对城市轨道列车的自动驾驶系统(ATO)传统PID控制方法适应性差和智能化不足的问题,基于该领域专家知识和驾驶司机的操作经验,将遗传算法优化的模糊PID控制算法运用在ATO的控制系统中,并运用MTALAB进行仿真。仿真结果表明,该控制算法优于传统的PID控制,能够满足ATO系统对不同工况下的适应性和智能性要求,可以达到精确停车和准点到站的目的,能够有效提高列车舒适性和降低列车能耗。     

非定常气动荷载对桥上列车行驶安全舒适性影响分析

为了研究非定常气动力荷载对桥上列车行车安全性和舒适性的影响,结合有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立列车-轨道-桥梁三维多体系统模型,计算风-列车-桥梁耦合系统的动力响应;对比分析定常与非定常气动力荷载作用下桥上列车的行驶安全与舒适性,研究非定常气动力荷载作用下不同横向风速对列车行驶安全的影响。研究结果表明:列车行驶速度为200~300km/h,无风荷载情况下,各安全性与舒适性指标值均满足要求且均小于风荷载作用。横风作用下平均风速为20 m/s,考虑非定常气动力荷载的影响不仅会使列车行驶安全评估结果更安全,还会使列车舒适性评估结果偏于保守。平均风速不超过20 m/s,车速控制在250 km/h,桥上列车行车安全、舒适性均满足要求,且平稳性等级可达到"良好"以上。通过对不同横向风速下桥上列车行驶安全分析,给出桥上列车安全行驶的阈值,为列车的安全运营提供依据。