铰接式高速列车运行平稳性优化研究

以高速列车为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了三车铰接垂向及横向非线性动力学模型,进行了时域和频域仿真计算。对铰接式高速列车的一系和二系悬挂参数对列车的垂向和横向运行平稳性的影响进行了研究。     

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。     

高速列车型面不同磨耗状态下的过岔性能研究分析

基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,以国内某型号动车组和客运专线18号道岔为对象,采用多体动力学软件UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,分别计算与分析高速列车车轮磨耗状态下轮岔作用及对车辆过岔动力学性能相关问题。模型中考虑了车辆悬挂力元非线性、轮轨接触几何非线性特性等非线性因素,采用更贴合实际的轮轨非椭圆多点接触算法研究高速列车不同运营里程下的型面磨耗对列车通过道岔区间的动力学性能影响。结果表明:型面磨耗会导致轮轨垂向力增大,横向力减小;对车体、构架和轮对垂向振动特性影响大于横向振动特性;对脱轨系数影响较小,对磨耗功率和轮重减载率影响较大;对道岔钢轨振动特性影响横向大于垂向。     

半主动悬挂的横向和垂向阻尼系数对车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同的半主动悬挂横向和垂向阻尼系数下,车体平稳性指标、构架加速度、轮对冲角和磨耗指数的变化情况,结果表明动力学性能之间存在多处相互矛盾的地方,在选择半主动悬挂横向和垂向阻尼系数时应合理安排,充分协调相互矛盾的动力学性能.     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

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。     

一系螺旋弹簧偏置的转臂定位方式的刚度研究

一系悬挂主要提供一系横向、垂向及纵向刚度。文章分析了转臂定位方式采用一系螺旋弹簧偏置的转向架一系结构特征,并建立了一系横向、垂向和纵向动力学模型。同时根据受力关系、几何关系以及能量守恒定律推导了一系横向、垂向和纵向总刚度的计算公式,并试验验证了各向刚度计算结果的准确性。结果表明:一系横向、垂向和纵向总刚度的计算结果满足设计要求,一系垂向和纵向总刚度的试验结果与计算结果相吻合。     

出口巴基斯坦货车的动力学分析及其参数优化

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用货车-轨道空间耦合动力学模型,对出口巴基斯坦货车进行了动力学仿真计算分析,并对该车的抗菱刚度,摇枕端垂向、横向和纵向刚度等动力学参数进行了优化.     

基于ALE方法的列车横风绕流动力学分析

利用有限体积法对横风作用下列车周围的空气流场进行计算.结合车辆-轨道耦合动力学,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法处理列车与空气间存在的运动边界,实现了车辆系统动力学与计算流体力学之间的结合.以某国产客运列车为例,计算列车在20 m/s的横风作用下以160 km/h的速度运行时的动力学响应,给出列车周围的流场分布;分析了考虑与不考虑风-车之间流固耦合效应时,作用在车辆上的气动力和气动力矩的变化情况.结果表明,流固耦合效应对车体摇头力矩的影响比较大,而对于车体垂向、横向位移和加速度的影响甚微.     

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。     

基于大涡模拟的高速列车横风运行安全性研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,研究横风对高速列车运行安全性的影响.首先采用大涡模拟计算方法,研究了不同横风风速下高速列车非定常气动载荷的时域及频域特性,列车周围流场结构及相应的非定常流场特性.然后建立高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,研究了不同横风风速下定常气动力和非定常气动力对直线上高速列车运行安全性的影响特性,计算结果表明,与定常气动力相比,作用于车身上的非定常气动力使列车的振动加剧.最后参照高速列车的安全运行标准,对高速列车的安全运行进行分析,为横风下高速列车的安全运行提供参考.     

基于仿真软件Simulink/SimMechanics的铰接式列车动力学建模

将仿真软件Matlab中的Simulink和SimMechanics相结合,建立了两节车辆编组的铰接式列车的时域曲线。通过动力学仿真模型,并根据此模型的仿真结果验证了该建模方法的正确性,说明SimMechanics能够补足Simulink的建模功能,并可以作为一种新的建模工具引入到轨道车辆的动力学仿真中。     

长大列车动力学建模的一种新方法

提出了一种全新的列车动力学建模方法,即基于循环变量的模块化建模方法。该方法彻底解决了长大列车的建模难题,为深入研究列车系统的各类动力学问题打下了良好的基础。     

基于定序优化的客运专线列车运行图铺划方法

在考虑旅客列车始发时间域和维修天窗的基础上,建立客运专线列车运行图优化模型,设计基于定序优化的客运专线列车运行图铺划方法。该方法在不断优化松弛列车运行图的过程中实现,对于当前松弛列车运行图,每次按照最小平移时间法则选择冲突进行优先化解,直至所有冲突化解为止。化解冲突时,通过构造松弛列车运行图的扩展多平行四边形和有向图,以平移作业、交换作业顺序、变更停站方案和调整列车始发时间域等方法来优化松弛列车运行图。算例分析表明,该方法能够有效地实施客运专线列车运行图的铺划。     

列车混编对曲线通过安全性的影响分析

为了突破列车动力学仿真的难题以及研究列车运行安全性,运用基于循环变量的模块化建模方法,对货物列车空重车混编条件下的曲线通过安全性进行了详细仿真分析。研究表明:车辆的曲线通过性能与列车惰行工况下较为接近,且明显好于列车牵引工况下的动力学性能;空车位于空重混编列车的不同位置以及同一列车中不同位置的空车,空车本身及列车的曲线通过安全性均有差异。期望借助新的方法和仿真结论,合理优化列车编组方式,以提高列车的曲线通过安全性。     

横风中不同行驶工况下高速列车非定常空气动力特性

通过三维大涡模拟(LES)数值计算方法,对横风中不同行使工况下高速列车的非定常空气动力特性进行研究。计算得到各工况下高速列车车体所受非定常空气动力的时域特性、频域特性、脉动特性,以及列车周围非定常流动结构。分析结果表明,横风中高速列车所受空气动力存在明显的非定常性。从各工况高速列车所受空气动力脉动的均方根值来看,各节车的非定常现象基本随着合成风向角的增加而增大。在高速列车所受非定常空气动力的频域特性方面,其峰值频率集中在斯托劳哈尔数0.05~0.2范围内,这一范围对应实车情况的频率为0.5 Hz~2 Hz,这与高速列车系统本身存在的一些固有振动频率接近,存在由横风引起高速列车系统共振、降低高速列车行驶安全性乃至引发高速列车脱轨倾覆的可能性。     

高速列车与跨线斜拉桥耦合气动效应研究

将空气流场视为黏性、可压缩的非定常流,对高速列车和跨线桥梁模型进行适当简化,以沪昆线上某（112＋80＋32）m预应力混凝土独塔斜拉桥为例,基于大型计算流体力学软件Fluent,采用滑移网格法建立高速列车和跨线斜拉桥流场计算模型。分析了列车以350km／h速度从斜交跨线斜拉桥下穿过时,桥梁底面压强分布情况。通过积分换算出列车气动效应对桥梁产生升力、阻力和扭矩时程。将该气动力时程施加至斜拉桥空间动力模型,研究运营阶段斜拉桥动力响应。研究表明,高速列车尾流对斜拉桥的气动力作用大于列车头,列车正上方梁体所受气动力最大;列车风对运营阶段斜拉桥影响极小,可忽略不计;若跨线桥为质量惯性较小的钢桥,列车气动力对其影响仍需进行相应研究。     

强侧风对高速列车运行安全性影响研究

在列车空气动力学和系统动力学相结合的基础上完成了相关研究工作。论文首先在研究列车受侧向风力的气动力特性基础上,利用流体力学计算软件FLUENT进行数值计算,得到不同侧风风速和列车车速下作用于车体的侧风载荷值;接着,利用所建立的高速列车动力学模型,将得到的风载荷值作为外加载荷作用于列车,研究了侧向风速对直线运行列车运行安全性的影响特性;最后,参照高速列车运行安全性相关限定标准,提出不同侧风风速下高速列车的最高安全运行速度,为特殊风环境下我国时速200 km/h及以上动车组安全运行提供理论依据。     

结合列车时间表的地铁换乘同步性优化

既有开行方案的调度编排理论较少考虑换乘客流的协调同步性和列车承载能力,本文提出基于列车时刻的地铁换乘同步性优化模型,其特点是根据不同客流量的到达规律和接驳列车容量限制,以接驳列车为实时追踪对象,将离散客流准确地划分到有效时间域内,并将客流拥挤情况和换乘线时刻表协调问题考虑到优化模型中。     

高速铁路行车调度节能运行图编制方法研究

针对高速铁路行车调度节能需求的现状,以列车在区间运行效率最高和总能耗最低为优化目标,提出以区间运行时间和停站时间为输入变量,对能耗成本和运行时间进行优化,建立节能运行图编制模型.通过仿真实验,结果表明在列车运行图编制中,考虑适当地增加列车运行时间和优化停站方案时,可以节省很多列车运行能耗.