车钩三态作用仿真及防跳性分析

由于车钩运行中会产生磨损以及零件间存在的配合间隙,导致车钩三态作用以及防跳功能失效．通过对17型车钩的三态作用分析,从设计原理出发研究防跳机理,分析了防跳失效的原因．在Pro／Engi—neer环境下提出了基于碰撞的运动仿真方法,并结合结构分析和虚拟装配,实现了车钩三态作用的仿真以及防跳性分析．通过控制零件间的合理间隙量保证车钩性能及防跳可靠性,从而切实保障重载货车安全运行．     

车钩三态作用仿真及防跳性分析

由于车钩运行中会产生磨损以及零件间存在的配合间隙,导致车钩三态作用以及防跳功能失效．通过对17型车钩的三态作用分析,从设计原理出发研究防跳机理,分析了防跳失效的原因．在Pro／Engi—neer环境下提出了基于碰撞的运动仿真方法,并结合结构分析和虚拟装配,实现了车钩三态作用的仿真以及防跳性分析．通过控制零件间的合理间隙量保证车钩性能及防跳可靠性,从而切实保障重载货车安全运行．     

长大重载列车中部机车跳钩机理与防控对策

基于多体动力学理论,构建了2万吨重载列车中部机车-货车三维动力学模型,分析了连挂车钩初始高差、车钩钩头摩擦因数等关键因素对中部机车跳钩的影响规律,探究了空制缓解与牵引工况下中部机车-货车连挂车钩分离的形成机理,并提出相应的防控对策。研究结果表明:中部机车-货车连挂车钩在压钩状态下能够保持稳定,但在钩缓系统由压缩状态转变为拉伸状态的过程中,机车电制力、牵引力将使连挂车钩产生垂向相对跳动;进入拉钩状态后,较大的初始高差和较差的钩头摩擦因数使得连挂车钩自锁力不足,导致车钩间垂向相对位移迅速增大;若机车垂向转角限值过大,车钩间垂向相对位移将进一步增大至300 mm以上,最终导致车钩分离现象的发生;当钩头摩擦因数和机车车钩垂向转角限值分别为0.08、8°时,空制缓解工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、电制力施加比例分别为40 mm、40%,牵引工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、牵引力施加比例分别为30 mm、50%;空制缓解工况下,当初始高差为50 mm、电制力施加比例为70%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.09、6°;牵引工况下,当初始高差为50 mm、牵引力施加比例为100%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.10、7°。可见,为有效抑制跳钩事故的发生,须严格限制连挂车钩间的初始高差,适当减小机车电制动力/牵引力,增大车钩钩头的摩擦因数,以及限制机车车钩的垂向最大转动角度。      

基于UM的CRH2型车动力学建模及平稳性分析

基于多体动力学软件UM建立了CRH2型车的多体动力学模型,分析了不同工况下车辆运行的平稳性,研究了悬挂参数对平稳性的影响.仿真分析表明:车辆平稳性指标随着运行速度增大而增大;减小空气弹簧水平刚度可改善横向平稳性,适当降低一、二系垂向刚度和二系垂向阻尼有利于提高垂向平稳性.     

三连件防跳装置在13号上作用式车钩上的实现与仿真

通过对13号上作用式车钩防跳机理的讨论,分析了其失效的原因.由于它存在着结构性缺陷,零件间又存在较大的配合间隙,导致了防跳功能的失效.对其部分零件进行了结构改进,设计出了新型三连件防跳装置,并应用Pro/ENGINEER软件对其防跳性能进行了仿真模拟,所得结果与试验吻合,验证了该防跳装置能够大大提高防止自然分离的能力.在模拟过程中采用了Pro/Mechanism和Pro/Animation相结合的方法,在保证结果可靠的情况下有效地简化了模拟的难度,可作为一种快捷高效的模拟方法推广应用.     

三连件防跳装置在13号上作用式车钩上的实现与仿真

通过对13号上作用式车钩防跳机理的讨论,分析了其失效的原因.由于它存在着结构性缺陷,零件间又存在较大的配合间隙,导致了防跳功能的失效.对其部分零件进行了结构改进,设计出了新型三连件防跳装置,并应用Pro/ENGINEER软件对其防跳性能进行了仿真模拟,所得结果与试验吻合,验证了该防跳装置能够大大提高防止自然分离的能力.在模拟过程中采用了Pro/Mechanism和Pro/Animation相结合的方法,在保证结果可靠的情况下有效地简化了模拟的难度,可作为一种快捷高效的模拟方法推广应用.     

车轮型面磨耗对车辆服役性能的影响

针对动车组的1节车辆, 利用WP-D 车轮外形测量仪定期实测每个车轮的外形与轮径, 得到5组车轮型面磨耗工况, 并结合所选车辆的结构参数和运行线路特点, 利用多体动力学软件进行了车辆动力学仿真,分析了车辆在不同磨耗工况下的动力学特性. 仿真结果表明: 为保证车辆400 km/h 以上的临界速度, 车轮等效锥度应不大于0.4; 磨耗车轮的型面下凹深度超过2 mm 时, 车辆运行安全性和曲线通过性能将显著下降, 在最恶劣工况时,平稳性指标增幅达54%, 轮轴横向力增大了100%.     

基于差动制动的四轮转向商用车防侧翻控制

为提升商用车极限工况下的侧向稳定性,以某四轮转向商用车为研究对象,基于线性二次型调节器设计了四轮转向控制策略,在此基础上设计了差动制动控制策略.以横向载荷转移率为侧翻评价指标,建立了四轮转向+差动制动的防侧翻综合控制策略,利用TruckSim和MATLAB分别进行了转向盘角阶跃输入工况和鱼钩工况的仿真试验.仿真结果表明...     

可承受大集中载荷B型内燃动车组铝合金车体的强度分析

以可承受车下大集中载荷的B型内燃动车组铝合金车体为研究对象,介绍了其结构及承载特点.应用有限元软件建立了仿真模型,并且针对17种载荷工况进行计算,分析了车体的刚度及静强度,重点校核了底架设备吊挂区域应力分布情况.研究结果可知:车体结构满足车下各大集中载荷在各工况下的强度需求;在大型设备吊挂位置及动力包检修开孔附近均无应力集中现象;各静强度工况的Von Mises应力均小于对应材料的屈服强度;车体结构合理,车体结构刚度及强度均满足要求.本研究可为该类非标准车体结构设计提供理论依据.     

基于联合型模糊PID的非线性空气悬架建模与控制

为提高汽车空气悬架的行驶平顺性,针对空气弹簧的非线性特性,建立空气弹簧关于气囊压力、有效面积、垂向变形等因素有关的弹力模型.利用所建立的空气弹簧弹力模型建立单轮1/4车辆动力学模型.以车身加速度最小为控制目标,设计并建立非线性空气悬架的联合型模糊PID控制器.运用MATLAB/Simulink仿真软件,以气囊压力变化所产生的力作为控制输出量,进行计算机动态仿真.仿真结果表明：与被动空气悬架相比,针对非线性空气悬架所设计的联合型模糊PID控制器对车辆平顺性与道路友好性有显著的改善.     

圆销车钩自由转角与车体参数匹配性的研究

为了明确圆销车钩自由转角与车体主要结构参数的匹配关系,采用理论分析与动态仿真相结合的方法,研究了曲线通过及直线承压工况下,机车车体主要结构参数与车钩转角的关系.结合缓冲器的非线性迟滞特性并采用控制系统仿真方法,建立了圆销钩缓系统的对中钩肩模型,该模型能够较好体现钩肩回复力的实时性;采用内插样条函数进行拟合,根据工程图纸对车钩钩头轮廓曲线进行数据离散,反演得到钩头轮廓曲面,并建立了一对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,进一步考虑了连挂钩头间的相互作用,能够准确模拟连挂钩头间的相对运动;通过对不同自由转角条件下机车的受力情况进行分析,得出了车钩自由转角设计推荐公式,并通过动力学仿真对其进行了验证.研究与仿真结果表明,受轨道曲率变化的影响,车钩实际转角比静态计算结果要偏大0.5~1.0,钩头间的相对转动可对车钩转角进行补偿,以顺利实现机车曲线通过;车钩自由摆角与车体结构要有较好的匹配,以保证机车承压时的运行安全性,同时建议该型机车钩缓系统自由转角设计值应小于8,这与推荐公式的计算结果有较好的一致性.      

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。      

高速客车垂向悬挂稳定控制双振子模型机理研究

以Adams与Madab作为协同仿真平台,基于双振子模型LQG控制器设计,建立了稳定控制方案和技术路线.仿真结果表明:垂向悬挂具有与双振子类似的隔振效果.尽管有横向和纵向相关运动模态的非线性影响,转向架仍可以实行有源/无源控制.仿真研究可以证实,无源控制转向架的系统机制是通过阻尼控制强制(垂向)主导运动模态处于稳定状态.     

基于AdaBoost算法的重型车辆侧翻预警研究

为有效解决复杂行驶工况下无法准确预测重型车辆侧翻的难题,设计了基于机器学习方法的自适应提升(AdaBoost)算法,实现了复杂行驶工况下重型车辆非绊倒型侧翻判据的实时准确计算.首先建立了基于重型车辆仿真模型与侧翻预警模型;其次,利用AdaBoost学习算法理论,设计了基于单层决策方法构建多个弱分类器的架构并对其进行了模拟训练与加权求和;最后,结合商业软件TruckSim?动力学软件,对比分析了双移线(DLC)与鱼钩(Fishhook)工况下重型车辆侧翻预警失效的侧翻效果.仿真结果表明:所设计的基于AdaBoost算法侧翻预警判据可在复杂行驶工况下有效预测重型车辆侧翻,且对应的测试集正确率比Logistic回归算法预测精度改善24.9％,且模型评估预测 ROC(receiver operation characteristic)曲线面积为0.958.     

负重型外骨骼机器人液压阀块流道的流场分析及优化

为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题,利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真,分别设计了5组不同尺寸的仿真试验,分析不同流道尺寸下流体速度稳定性与压力损失变化情况. 仿真试验表明,对于流道直径为5 mm的外骨骼动力单元液压阀块交叉流道压力损失随着进出口流道偏心距的增大而增大,流体速度在偏心距为 1.25 mm时稳定性最好;Z型流道压力损失在进出口流道之间的距离为 17 mm时达到最小,流体速度随着该距离的增大其稳定性上升. 优化过后的样机试验表明,液压阀块最大温度下降了3.3 ℃,最大噪声下降了7.6 dB.      

多柔体车辆耦合系统对动力学性能的影响

研究轨道车辆在运行状态下,刚柔耦合建模方式的车辆系统对动力学性能的影响程度.以某型高速动车组拖车为研究对象,基于SIMPACK多体动力学软件分别建立多刚体车辆模型和由柔性轮对、柔性构架以及柔性车体结构耦合的刚柔耦合车辆模型,通过对两者在不同运行速度和不同运行线路工况仿真计算的结果进行对比,从而评价采用刚柔耦合建模方式对动力学性能方面的影响.结果表明:对比多刚体车辆计算结果,刚柔耦合车辆整体上在稳定性、运行品质和曲线通过性能等指标结果表现较差,尤其在高速运行状态下,刚柔耦合车辆在垂向方向上影响更加剧烈.     

考虑不同轮轨耦合作用的高速列车动力学响应分析

基于多体系统动力学理论,利用多体动力学软件建立了某型高速车辆系统动力学模型,对比分析了不同轮轨耦合作用下车辆系统的振动响应,计算得到了两种轮对的非线性临界速度,并合理选取了六种典型线路工况,研究了不同轮轨耦合作用对车辆系统动力学性能的影响.结果表明:轮对弹性变形使车辆系统的非线性临界速度降低,并降低了车辆系统与无质量轨、移动质量轨耦合下的脱轨系数、轮轨横向力和轮轴横向力等动力学指标,但与柔性轨道耦合时,上述动力学指标却升高;当车辆系统与无质量轨耦合时,轮对弹性变形使车体Sperling平稳性指数在横向上最大增幅为5.3%,而在垂向上最大增幅仅为0.7%.     

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。      

牵引拉杆纵向刚度对高速客车车体弹性振动的影响

为了降低车体的弹性振动,分析了激发车体垂向弹性振动的振动传递路径,建立了某型高速客车车体有限元模型。利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立了铁道客车刚柔耦合系统动力学模型,研究了牵引拉杆纵向刚度对车体弹性振动的影响。考虑了牵引拉杆最基本的牵引和制动功能,使用变刚度牵引拉杆来抑制车体的弹性振动。仿真结果表明:牵引拉杆纵向刚度不会改变车体刚体振动,仅对车体弹性振动有影响;高速客车的车轮偏心导致车体产生严重的弹性振动,一般发生在车辆低速运行情况下;使用变刚度牵引拉杆可以在保证牵引和制动功能的情况下明显降低车体垂向弹性振动与纵向振动,不影响车体横向振动。     

新型全自动轨道巡检车动力学性能

为准确评估某新型全自动智能轨道巡检车的动力学性能,开展了轨道巡检车动力学数值仿真;轮轨接触采用非椭圆多点接触Kik-Piotrowski算法模拟,车辆系统建模过程中考虑悬挂力元非线性与轮轨接触几何非线性特性等因素,同时考虑车载设备参振影响;针对车轮踏面表面包裹高硬度聚氨酯的特殊结构,利用有限元软件ABAQUS建立了轮轨局部接触模型,采用Mooney-Rivlin橡胶模型模拟了聚氨酯特殊性质,计算了轮轨等效接触刚度;根据有限元计算结果修正了Kik-Piotrowski算法中的相关参数;基于Craig-Bampton模态综合法和多体动力学软件UM建立了车辆-轨道刚柔耦合模型;为验证仿真模型的准确性,开展了实车动力学试验;重点分析了直线和300 m小半径曲线,运行速度10~30 km·h-1工况下巡检车的振动响应。研究结果表明:车辆正常运行时,中间视觉模块垂向最大加速度大于左侧视觉模块垂向最大加速度,横向最大加速度小于左侧视觉模块横向最大加速度,车架最大加速度大于视觉模块最大加速度;车架中部易产生垂向弯曲变形,和视觉模块安装位置有胶垫减振有关;轨道巡检车在直线和300 m小半径区间运行性能整体良好,其中车辆在300 m小半径曲线段内30 km·h-1运行时,轮重减载率最大可达0.92,车架部位振动响应较大,为保证车载设备的安全性和避免车辆脱轨的风险,建议曲线段内检测速度控制在20 km·h-1左右。