轮对安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响

为了考察轮对初始安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响,本文先从理论上分析了初始安装偏角下轮对的受力情况以及安装偏角对轮对行进过程所产生的影响,并通过多刚体动力学分析软件SIMPACK建立了我国高速铁道车辆的动力学模型,分别对车辆第一位轮在不同安装偏下的直线和曲线通过情况进行了仿真研究,研究表明：第一位轮对的初始安装偏角将使车辆的第一和第二位轮对的平衡位置偏离轨道中心线,且发生反向偏转,降低行车安全性;小偏角对平稳性影响不大,但偏角超过1 mrad后将对平稳性造成较大影响;安装偏角将对车辆曲线通过性能造成一定的负面影响,且影响随偏角的增大而增大,因此对于高速列车还应尽量减小轮对的初始安装偏角,尽量将其控制在1 mrad以内。     

轮径差对行车安全性的影响

分析了具有轮径差转向架的运动状态,建立了车辆动力学模型,以某高速车辆在直线上运行为例,采用德国低干扰谱,选择车辆运行速度为300 km·h-1,研究了轮径差对行车安全性的影响趋势,对比了转向架前后轮对同相轮径差与反相轮径差的影响程度。分析结果表明:所有的轮径差都会影响行车安全性,随着轮径差的增大,车辆运行安全性指标逐渐变差,反相轮径差对行车安全性影响较大,同相轮径差的影响较小。由此可知,在实际检修中应尽量减小轮对的轮径差,尤其应严格控制转向架前后轮对反相轮径差到允许范围之内,以保证车辆系统的行车安全性。     

轮对安装形位偏差对车辆系统稳定性的影响

建立了具有轮对安装形位偏差的车辆动力学模型,对轮对安装形位偏差对车辆临界速度的影响进行了仿真分析.分析结果表明:可根据轮对安装偏转角的大小将轮对安装形位偏差对车辆系统稳定性的影响划分为易稳定区、欠稳定区和亚稳定区.在易稳定区,车辆系统的稳定性较高,且不易发生轮对偏磨;在欠稳定区,车辆系统的稳定性较差,且容易发生踏面偏磨;在亚稳定区,虽然车辆系统的稳定性较高,但容易发生轮缘偏磨.因此,为了提高车辆系统的稳定性和减轻车轮的磨耗,应尽量减小轮对安装形位偏差,使车辆经常运行于易稳定区.     

转动惯量误差对汽车碰撞模型计算结果的影响

为了有效控制车辆转动惯量误差对汽车碰撞模型计算结果的影响,应用摄动理论分析了车辆转动惯量误差对模型计算结果的影响规律.应用碰撞前车速曲线平均斜率、车速方向角曲线平均斜率和角速度曲线平均斜率,研究了车辆转动惯量误差对模型计算结果的影响程度.根据影响程度能够确定满足模型计算结果精度要求的车辆转动惯量取值范围.研究结果表明:当限制车辆转动惯量误差在7.94%范围内时,模型计算结果相对误差5%.      

轮对安装偏角对高速列车过转辙器的动力特性影响

高速列车轮对因定位不准会导致不同程度的初始安装偏差,在通过道岔等薄弱环节时轮轨关系急剧恶化,影响行车安全.?为研究车辆在初始安装偏角状态下通过高速道岔的动力学性能,以18号道岔为研究对象建立了具有初始偏转角的车辆-道岔耦合动力学模型,对前轮对偏转、后轮对偏转、前/后轮对同向偏转、前/后轮对反向偏转4种工况进行仿真,结合...     

高速公路转弯匝道雨天小客车行车安全性及限速研究

为提升高速公路转弯匝道雨天行车安全,提出一种基于路段线形、行车速度、降雨影响的小客车行车安全性量化方法.面向人-车-路协同,基于CarSim建立行车仿真模型,以最大侧向偏移量、峰值反应时间、过渡反应时间为安全评价指标,采用单因素实验法分析雨天场景下圆曲线半径、超高、纵向坡度以及车辆目标速度对转弯匝道行车安全性的影响.结...     

雾天高速公路行车间距控制模型研究

为提高雾天环境下高速公路通行能力及行车安全性,从改善高速公路基础设施角度出发,建立一种雾天环境下高速公路行车间距控制模型。首先,分析影响雾天车辆行驶安全因素;其次,基于安全行车影响因素,分析雾天条件下两种常见情景,找出最不利情况下的车辆行驶最小安全间距;最后,借鉴铁路"闭塞段"原理,建立雾天环境下高速公路闭塞区间,并配合适当限速提出安全提示灯安装间距。     

液力变矩器性能参数的计算误差及其修正方法

为提高液力变矩器数值模拟的精度,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对液力变矩器的变矩比、效率和泵轮容量系数等性能参数进行了计算,对计算误差进行了分析,并提出了相应的误差修正方法.通过分析补偿油液流动对泵轮容量系数计算误差的影响,提出了针对泵轮容量系数误差的修正方法.结果表明:数值计算模型中,忽略摩擦损失和补偿油液流动的影响,将引起变矩器性能参数的计算误差;针对摩擦损失提出的误差修正方法,使算例中变矩器的变矩比和效率的最大相对误差均由16.2%减小到13.9%;按照泵轮容量系数误差的修正方法,泵轮容量系数的最大相对误差由13.9%减小到7.3%.     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

悬挂参数对直线电机跨座式单轨车辆气隙稳定性和运行平稳性影响

胶轮驱动的跨座式单轨车辆在冰雪天运行时走行轮易打滑,影响车辆安全行驶.为解决该问题,设计了直线电机驱动跨座式单轨车辆方案,建立了直线电机跨座式单轨车辆动力学模型,分析了不同悬挂参数下车辆的气隙稳定性和运行平稳性.结果 表明:支撑轮刚度和橡胶弹簧刚度对电机气隙影响很大,但支撑轮刚度和橡胶弹簧刚度对车辆运行平稳性影响很小.     

基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

驱动工况单轮对横向稳定性

为了解驱动工况下轮对横向稳定性,建立了考虑驱动力矩的简化单轮对动力学模型,针对不同轮轨的黏着特性,研究了弹性定位单轮的横向蛇行稳定性.结果表明:驱动工况下,轮对横向稳定性优于惰行工况,对于弹性定位动力单轮对,当平均蠕滑率为0.8%时,横向非线性临界速度为惰行时的1.1倍;驱动时,轮轨黏着饱和导致轮对摇头力矩减小,有利于横向稳定性,但纵向切向力增加使得横向切向力减小,对轮对横向稳定性不利.     

高速列车驱动车轴动态特性分析

将车轮和轴箱分别简化为集中质量和转动惯量,用连续弹性Timoshenko梁模拟变截面车轴,建立弹性轮对与轨道耦合垂向动力学模型,分析车轴动态刚度与轮轨作用力、车轴自身振动特性和车轴动应力的相互关系。发现:轮对的一阶和二阶固有频率分别由76.34Hz和130.03Hz降低到53.68Hz和100.02Hz,车轴的一阶模态振动加速度和弹性振动位移分别增加60.12%和92.21%,轮轨动作用力增加6.23%,车轴轮座内侧和轴颈危险截面的动应力分别增加39.30%和34.13%。分析结果表明:轮轨动作用力和车轴的动应力随着车轴动刚度的降低而增加,因此,提高轻量化轮对的固有频率和动态刚度能保证高速列车安全运行和提高车轴疲劳强度。     

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响，以30 t轴重重载货车为研究对象，对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究. 首先，给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法；其次，建立轮对柔性体有限元模型，分析了轮对的弹性振动模态，进一步将其集成于多刚体系统中，形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型；最后，针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法，以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源，对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异. 研究结果表明:相对刚性轮对而言，柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击，同时弱化轮轨间的刚性约束能力，导致其振动幅度降低，使得车辆非线性临界速度下降约9%，通过小半径曲线时，轮轨横向力也降低了约13.7%，轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.      

基于传递矩阵法的轮对固有频率计算方法

应用传递矩阵法分析机车车辆轮对的固有频率,根据轮对的结构特点,将车轮和轴箱简化为集中质量和转动惯量,车轴简化为包含集中质量和转动惯量的变截面Timoshenko梁,建立轮对振动的传递矩阵,用Newton-Raphson方法求解频率方程,得到轮对的固有频率值。在轮对设计阶段,对其自振频率进行计算,分析其对轮对本身应力状态、机车车辆系统和轨道系统振动动态特性的影响。该方法与有限元方法计算的轮对固有频率的相对误差小于10%,具有较高的计算精度,满足工程设计的需要。     

6号对称道岔区防脱轨装置的作用机理

为防止6号对称道岔脱轨事故发生,阐述了迎轮护轨和新型防脱轨装置的结构特征及工作原理,并建立了车辆-道岔动力学模型,分析了迎轮护轨和防脱轨装置对道岔区动力学响应的影响规律.研究结果表明:迎轮护轨和新型防脱装置均可明显有效约束轮对通过道岔时的横移量,改变轮对运动轨迹,分别使轮缘在距尖轨尖端0.493 m和0.705 m处接...     

不同模式低地板车辆动力学及车轮磨耗分析

为降低70%低地板有轨电车的车轮磨耗,分析了刚性轮对与独立旋转车轮的导向机理,建立了拖车采用传统刚性轮对与拖车采用独立旋转车轮的两种车辆模型,计算了两种车辆模型在不同工况下的动力学性能,并根据Archard磨耗模型对比分析了两种模式下的车轮磨耗情况. 计算结果表明:车辆直线运行时,拖车采用刚性轮对的车辆稳定性及横向平稳性较好,车轮磨耗位置居中且磨耗量小于独立旋转车轮;车辆运行于大半径曲线时采用刚性轮对的车辆曲线通过评价指标较好,磨耗量较独立旋转车轮小;随着曲线半径的减小,采用刚性轮对的车辆曲线通过性能迅速恶化而采用独立旋转车轮的车辆各指标变化幅度较小,在半径为100 m及以下的曲线时,采用独立旋转车轮的车辆曲线性能更优且车轮磨耗小于刚性轮对,特别在曲线半径为25 m时,独立旋转车轮磨耗量仅为刚性轮对的60%左右,拖车采用刚性轮对的车辆在直线及大半径曲线时性能较优,拖车采用独立旋转车轮的车辆更适用于小半径曲线.      

列车轮对状态的融合监测系统

为了提高列车轮对故障诊断准确率和改善现有列车轮对状态在线监测方法的不确定性,结合多传感器信息融合原理,设计了列车轮对融合监测系统,采用特征层融合自适应加权算法进行了轮对状态融合监测,以自适应的方式寻求最优加权因子,使状态测量值总均方误差最小,比较了特征层融合自适应加权算法、模糊数据关联算法、变结构多模的状态估计算法和BP神经网络算法的计算结果。比较结果表明:当轮对两端轴承均出现故障后,两传感器输出的测量值分别为22.0470和21.0250,而此融合算法计算出的估计值为4.2642,融合值最接近真值,因此,列车轮对融合监测系统可靠性高,抗干扰性强。     

车轮扁疤激起的轴箱轴承冲击特性

以CRH2型动车组为研究对象, 建立包含轴承的车辆-轨道动力学分析模型, 通过数值积分获得了轮轨冲击力时间历程、轮对和轴箱振动加速度时间历程、滚子与外圈滚道接触载荷时间历程; 结合已有的车轮扁疤分析模型, 研究了扁疤长度、车辆运行速度对轮轨冲击力的影响, 分析了扁疤冲击下轮对、轴箱的振动加速度响应特征以及外圈滚道接触载荷响应特征。研究结果表明: 轮对和轴箱受到的冲击加速度均随扁疤长度呈现增长的趋势, 轴箱受到的冲击加速度大于轮对受到的冲击加速度, 且轴箱受到的冲击加速度增长更快; 车轮扁疤会对外圈滚道接触载荷产生影响, 在滚道承载区域, 车轮进入扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为减小滚子外圈接触载荷, 在车轮离开扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为增大滚子外圈接触载荷, 在滚道非承载区域, 滚子与外圈同样会产生多次冲击; 车速为300 km·h-1, 扁疤长度小于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷大于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷, 扁疤长度大于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷小于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷; 在整个滚道区域内, 扁疤激扰激起的滚道冲击载荷呈左右对称分布, 且滚道区域越靠近对称轴, 受到的冲击载荷越大。