独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究

独立旋转车轮能够消除轮轨间的纵向蠕滑，理论上不存在蛇行运动，故在直线上可以获得较高的临界,基曲线上可使因纵向蠕滑而产生的轮轨噪音消失。与传统轮对相比，独立旋转车轮缺乏由纵向蠕滑力而产生的导向力矩，故在曲线上无自导向功能，基本上只能靠轮缘导向。曲线通过性能是车辆动力学研究领域中的重要课题之一。车辆由直线进入曲线，特别是通过缓和曲线时，由于受到线路的各种激扰，轮轨间将产生复杂的作用力，对车辆的曲线通过性能产生极大的影响。本文建立独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，模拟实际线路，利用数值模拟方法对车辆通过曲线的全过程进行动态仿真计算，得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架曲线通过的动力学响应值。通过对两种转向架曲线通过时的轮轨横向力，脱轨稳定性及轮轨磨耗等动力学性能进行分析比较，提出了独立旋转车轮转向架曲线通过时所存在的问题。     

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究

独立车轮转向架在高速车辆中有良好的发展前景，但由于缺乏直线复位和曲线转向能力，长期没有得到普及和推广。本文通过理论分析和动力学计算表明，采取适当措施使独立车轮轮对以施动的形式前进，可以解决独立车轮的导向问题。拖动式独立车轮轮对在直线上复位可靠，在曲线上借助径向调节装置能够近似地处于轨道的径向位置，与传统轮对比较，春横向动力学性能大为改善。     

新型独立车轮动车组导向机理的研究

由于简单的独立车轮结构不具备复位和导向功能，绝大多数独立车轮转向架模型没有投入实际工程使用，究其原因是对独立车轮导向机理认识不够，缺乏解决复位功能的有效办法，Talgo列车是成功应用独立车轮的唯一范例，本文以Talgo列车为原型，进行独立车轮转向架的导向机理研究，分析解决独立车轮复位和导向能力的措施，以独立车轮转向架的实际设计和应用提供理论基础，首先分析铁道车辆传统刚性连接轮对蛇行运动的产生机理，进而研究独立车轮轮对的复位和导向原理，参照Talgo列车的独立轮对导向结构，建立了新型独立轮对动车组的多体动力学数值计算模型，应用作者者研制的车辆多体系动力学程序，进而横向稳定性和稳定曲线通过性能的计算分析，结果表明该模型具有很好的稳定性和曲线通过能力，研究表明，为了使独立车轮具有复位和导向能力，关键措施有两点：一是采用合理的导向机构和相关参数以实现独立轮对的异向功能，二是采用大锥度轮对踏面以保证轮对的横移复位。     

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究(待续)

独立车轮转向架在高速车辆中有良好的发展前景,但由于缺乏直线复位和曲线转向能力,长期没有得到普及和推广.本文通过理论分析和动力学计算表明,采取适当措施使独立车轮轮对以拖动的形式前进,可以有效解决独立车轮的导向问题.拖动式独立车轮轮对在直线上复位可靠,在曲线上借助径向调节装置能够近似地处于轨道的径向位置,与传统轮对比较,其横向动力学性能大为改善.     

弹性阻尼耦合轮对动力学特性分析

耦合轮对左右车轮间是通过耦合度可变的耦合器连接的,既不完全固结,也不可相对独立旋转,因此其动力学性能也有别于二者。现建立弹性阻尼耦合轮对(EDCW)车辆的动力学模型,系统地分析了其直线稳定性和曲线通过性能。研究发现,选择适当的耦合度时,全部轮对均为EDCW的车辆系统动力学性能居于传统轮对和独立旋转车轮车辆系统之间。在直线上的临界速度小于独立旋转车轮而大于传统轮对,在曲线上的导向性能劣于传统轮对而优于独立旋转车轮,其直线上临界速度的提高是以曲线上导向能力的下降为前提的。研制一种具有主动控制性能的耦合器,使其在高速时具有小耦合度,在低速和通过曲线时具有大耦合度,可以很好地满足当今铁路发展的需求。     

独立车轮转向架车辆曲线通过性能研究

基于ADAMS／Rail模块，建立独立车轮转向架车辆和传统轮对转向架车辆的仿真模型，并比较两者的曲线通过性能。独立车轮轮重减载率和弹簧振动在曲线通过时比传统轮对式更快趋于稳定状态，磨耗水平较低，适合城市轨道交通，但容易向一侧偏转；独立车轮脱轨系数较传统轮对大，建议加大对独立车轮新型转向架的研究力度。     

弹性车轮动力学复合模型及其性能研究

为深入研究轻轨车辆弹性车轮的动力学作用,基于压剪复合型弹性车轮的结构,在弹性车轮动力学传统模型的基础上,综合考虑弹性车轮轮芯相对于轮毂的6个自由度,建立弹性车轮动力学复合模型。利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真计算,对比分析传统模型和复合模型下弹性车轮车辆以及刚性车轮车辆的临界速度、平稳性、曲线通过性能和轮轨磨耗等指标。结果表明:由于传统模型未考虑车轮与车轴之间的偏转刚度和轮对两车轮之间的扭转刚度,因此计算误差较大;采用复合模型得到的弹性车轮车辆的临界速度、运行平稳性指标,以及通过小半径曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等较刚性车轮车辆都有不同程度的降低;弹性车轮车辆的轮轨磨耗情况在直线通过时与刚性车轮车辆的相似,而曲线通过时相比刚性车轮车辆降低了约5.3%。     

独立旋转车轮打磨小车曲线通过分析

利用Simpack动力学软件建立了带独立旋转车轮的地铁打磨小车仿真模型,对打磨小车以16 km/h速度通过110 m小半径曲线时的车轮横移量、轮组冲角、轮轨横向力以及脱轨系数进行动力学仿真计算,分析其曲线通过性能,并从独立旋转车轮结构方面给出了一些建议。     

耦合轮对的发展

分析了铁道车辆传统的固定轮对和独立旋转车轮在车辆动力学性能中的优势和弊端，在介绍了国外从独立旋转车轮到耦合轮对的研究过程中，还提出了另一种耦合轮对方案－－磁流体耦合轮对。分析表明，由于磁流体耦合轮对的可控性，将会使车辆动力学性能得到大幅度提高。     

磁流体耦合轮对转向架曲线通过性能的研究

建立了磁流体耦合对转向架车辆的动力学计算模型，利用数值模拟方法对比较恶劣的小半径曲线通过工况进行了动态仿真计算，找出了磁流体耦合轮对转向前后轮对的耦合度对曲线通过性通能的影响规律。通过对传统固定轮对转向架、独立车轮转向架、磁流体耦合轮对转向架曲线通过性能的比较，发现耦合轮对可以有效改善转向架的小半径曲线通过性能。     

磁流变耦合轮对的研究

简述了磁变流耦合轮对的设计方案。建立了磁变流耦合轮对转向架车辆的动力学计算模型。利用数值模拟方法对转向架的动力学性能进行了动态仿真计算。通过对传统固定轮对转向架、独立车轮转向架、磁变流耦合轮对转向架动力学性能的分析比较，认为合理选取转向架前后轮对的耦合度可以有效提高转向架的动力学性能。     

独立旋转车轮动力学性能研究

独立旋转车轮的结构型式与传统轮对相比具有很大的差别，在直线和曲线上的轮轨接触动力学性能也有明显差异。独立旋转车轮理论上不存在纵向蠕滑，具有较高的临界速度和较低的轮轨磨耗，其直线对中性能和曲线导向性能较差。利用计算机仿真，对独立旋转车轮和传统轮对的动力学性能进行了比较分析。     

弹性车轮车辆临界速度及曲线通过性能分析

建立了弹性轮对车辆—轨道耦合系统动力学模型,对弹性轮对车辆—轨道耦合系统的临界速度及曲线通过性能进行了动力学仿真,并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。根据GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定及试验规范》进行评价,结果表明,弹性车轮的临界速度及曲线通过性能均满足要求。     

采用独立车轮的直线电机轨道车辆的动力学分析

建立采用独立车轮的直线电机轨道车辆的动力学计算模型,采用符合直线感应电机驱动车辆特点和独立车轮特点的一系、二系悬挂设计,并对直线电机悬挂、独立车轮等关键部件进行了分析。在此基础上运用Simpack多体动力学仿真软件分析了该计算模型的曲线通过性能及运行平稳性等动力学性能。     

大连低地板有轨电车的动力学性能

介绍国内第1列低地板有轨电车的结构，比较了独立车轮与传统轮对的异同，对独立车轮转向架试运行情况进行了分析，通过试验证明其走行部具有较好的稳定性、平稳性和曲线通过等动力学性能，最后结合走行部的关键结构分析了该车的动力学特点及仿真结果。     

径向转向架地铁车辆动力学性能及车轮损伤研究

为研究地铁车辆的动力学性能,分析了径向机构的导向原理,建立了传统、自导向、迫导向3种地铁车辆动力学模型,并根据车轮滚动接触疲劳损伤模型对车辆通过曲线时的车轮损伤进行计算。计算结果表明:车辆径向机构加强了车辆部件间的连接,优化了车辆稳定性及横向平稳性的指标;迫导向车辆在曲线运行时具有较大优势,且各项评价指标均优于自导向车辆;3种车辆模型运行于相同线路时,迫导向车辆车轮损伤值最小,在曲线半径为300 m时仅为传统地铁车辆车轮损伤的21%,自导向车辆与传统车辆的车轮损伤较大,且随着曲线半径的增大自导向车辆车轮损伤小于传统车辆。地铁车辆安装迫导向机构可以有效地减小轮轨间作用力,减缓车轮损伤。     

高速客车轮对动力学性能的比较

为了比较不同车轮踏面及轮对内侧距对高速客车动力学性能的影响,首先采用改进轮轨接触几何关系算法分析了不同情况下的静态轮轨几何接触关系,然后通过车辆/轨道耦合动力学模型,对高速客车蛇行临界速度、运行平稳性和曲线通过性能进行了动态仿真计算。数值计算中,主要考察了LM、LMA、S1002和XP55等4种车轮踏面和轮对内侧距由1350 mm到1360 mm变化的情况。结果表明,车轮踏面形状和轮对内侧距对高速客车动力学性能有重要的影响,且LMA型车轮踏面与1353 mm的轮对内侧距匹配具有较好的动力学性能。要确定合适的车轮踏面和轮对内侧距,须从轮轨接触关系的变化出发,综合评估车辆动力学性能。     

轨距可变式货车动力学性能分析

根据变轨距货车转向架结构特点建立车辆动力学仿真模型,整车模型包括7个刚体,34个独立自由度和8个非独立自由度。阐述了模型中涉及的非线性环节以及处理方法。计算分析了车辆在不同轨距线路运行时空、重车工况下的直线运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能等各项性能指标。分析结果表明,轨距可变式货车车辆的动力学性能指标满足相关技术标准,轮对绕x轴和z轴的转动惯量和车轮滚动圆横向跨距这3项参数是造成变轨距车辆在准轨位和宽轨位性能差异的主要影响因素。     

无公用轴独立旋转车轮转向架直线横向动力学研究

无公用轴独立旋转车轮转向架的车辆不仅左右车轮的旋转自由度独立,而且两轮的横移和摇头也解耦。文章通过建立无公用轴独立旋转车轮转向架车辆在直线上的横向动力学客车模型,模拟实际线路,利用新型数值快速积分法进行动态仿真,得出无公用轴独立旋转车轮转向架车辆的动态响应值,并与具有相同悬挂参数的传统客车进行比较。     

独立旋转车轮的发展及其在轻轨车辆上的应用

与传统轮对相比，独立旋转车轮由于具有黄向稳定性好，磨耗小，噪声低，质量轻且易于实现整车低地板结构的特点，近年来已在轻轨车辆上得到大量应用。文章介绍了独立旋转车轮特点及轻轨车辆发展概况，讨论了独立轮对在轻轨车辆上的应用情况及发展前景。