准高速及提速列车转向架抗侧滚扭杆装置的设计与分析

介绍了我国准高速及提列车转向架抗侧滚扭杆的设计与构造工艺；对其柔性系数以及列车以２００ｋｍ／ｈ通过半径１５００ｍ和３００ｍ曲线时有无抗侧滚扭杆工作情况下对车体有的影响进行分析计算。     

动车组抗侧滚扭杆载荷特性

为获得抗侧滚扭杆在动车组运行时所受载荷的变化情况,结合陀螺仪和速度信号,研究了抗侧滚扭杆载荷随列车运行速度、曲线半径和曲线超高的变化规律;统计了不同速度级下抗侧滚扭杆载荷最值,并编制测试载荷谱、趋势载荷谱和动态载荷谱,计算趋势载荷与动态载荷在整个测试载荷中贡献的损伤比. 研究结果表明:直线工况下,抗侧滚扭杆动态载荷幅值随列车运行速度的增加而增加,当运行速度由250 km/h增大到350 km/h时,抗侧滚扭杆载荷幅值最大值增大了30%;在一定的过超高条件下,抗侧滚扭杆趋势载荷幅值随曲线半径减小而减小,240 km/h运行速度下最大载荷幅值由6.61 kN减小为3.54 kN;在曲线半径一定的条件下,抗侧滚扭杆趋势载荷幅值随曲线超高的增大而增大,240 km/h运行速度下最大载荷幅值由3.36 kN增大为5.80 kN.      

基于PDS模块的抗侧滚扭杆可靠性分析

考虑扭杆半径、弹性模量、载荷和疲劳极限等变量的随机性,运用APDL语言建立抗侧滚扭杆的参数化模型.通过抗侧滚扭杆的疲劳极限和其最大节点等效应力建立极限状态函数,利用ANSYS的PDS模块选用蒙特卡洛法进行抗侧滚扭杆的可靠性分析,获得了该有限元分析模型的应力概率分布特征,得到了扭杆半径、弹性模量、载荷等设计参数对应力分布的灵敏度.研究结果对于改进抗侧滚扭杆结构设计具有指导作用.     

抗侧滚扭杆固定/浮动简支及其对有害踏面磨耗的影响

为了抵御更加强劲的流固耦合效应,高速转向架改用抗侧滚扭杆上置且固定简支安装方式,其对有害磨耗踏面形成机理会产生不容忽视的次要因素影响.安全稳定裕度不充裕是有害磨耗踏面形成的根本原因,实际滚径差RRD过零点不连续性使轮对重力刚度部分丧失了恢复力反馈响应.以抗侧滚扭杆上置为例,杆系计算分析结果表明:固定/浮动简支对车体侧滚刚度贡献分别增强至14.3/10.8 MN·m/(°).高速晃车会因此造成踏面中央集中磨耗累计并使钢轨走行光带拓宽,最终演变成为凹坑磨耗.因而自适应高速转向架应该根据抗蛇行宽频带吸能机制,轮轨匹配条件遵循统一规范原则,以十分充裕的安全稳定裕度来确保轮对自稳定性和回转阻力矩有效性,从而让抗侧滚扭杆装置发挥其正常功能.     

高速转向架抗侧滚扭杆弹簧性能分析

本文从车辆柔性系数、倾覆系数、曲线道岔通过性能等方面综合分析了某高速转向架抗侧滚扭杆弹簧对车辆性能的影响。结果表明，抗侧滚扭杆弹簧对该转向架的意义是显著的。     

兰新第二双线防风明洞预制方案研究

兰新铁路第二双线穿过著名的百里风区、三十里风区,其风力强劲,且出现大风的频率高。为确保列车安全,在这两大风区的核心区设置防风明洞。该区段位于戈壁荒漠地区,自然环境恶劣,建筑材料与施工用水相当缺乏,全部现浇施工的成本和难度较大,而且还存在外部模板难以固定、施工速度慢、施工质量难以保证等缺点。结合明洞荷载特点、结构特点以及...     

焊接顺序对高速列车侧墙焊接残余应力的影响

按实际加工工艺,基于有限元软件SYSWELD,采用有限元热弹塑性分析方法和Fortran语言对焊接热源进行二次开发,获得了所需要的热源,并通过实验验证了热源模型的准确性.在此基础之上,通过分析高速列车CRH380B侧墙焊接残余应力分布规律和焊接顺序对于侧墙焊接残余应力的影响,得到了侧墙焊接最优方案,为企业实际生产中的降低焊接残余应力方案选择提供了依据.     

高速列车侧风效应的数值模拟

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变．基于三维定常可压缩流动的N-S方程,采用SST k-ω两方程湍流模型和有限体积法,对某型高速列车以350km／h的速度在25m／s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了数值模拟计算,分析了不同风向角的侧风对列车全车,以及受电弓、转向架和风挡等局部区域的作用．结果表明：在侧风作用下,列车的周围包括转向架处均产生复杂的涡流,压力分布十分复杂,转向架对流场的影响不容忽视;随着风向角（0～90°）的增大,侧向力系数及倾覆力矩系数也增大,列车倾覆及脱轨的风险性增加,且头车的倾覆力矩系数远大于中间车和尾车的倾覆力矩系数,应注重对头车的气动性能研究．     

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

高速列车侧风安全域计算方法

使用参数传递、求解控制以及动态网格技术, 建立了侧风流体动力学模型和高速列车多体动力学模型, 通过对列车外流场和系统响应进行协同仿真, 获得不同侧风环境下列车的稳定姿态和气动载荷, 研究了列车运行的安全性指标, 分析了不同侧风环境下列车安全运行的临界速度, 确定了列车的侧风作用安全域。计算结果表明: 随着列车运行速度和侧风强度的增大, 轮重减载率、脱轨系数和轮轴横向力依次出现超限现象; 当列车运行速度小于300 km·h^-1时, 列车头车所有轮对均逆风向偏移; 当列车运行速度为300 km·h^-1且侧风风速为30 m·s^-1以及列车运行速度为350 km·h^-1且侧风风速不小于25 m·s^-1时, 一、二位轮对顺风偏移, 三、四位轮对逆风偏移; 列车运行速度越高, 抵抗侧风能力越低, 且列车临界速度对侧风强度的敏感性增大。     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

随机侧风下桥塔区域中高速列车气动特性分析

为研究随机侧风下桥塔遮风对列车气动特性的影响,建立了某型车-桥系统的三维气动仿真模型。从压力和涡量角度对比分析了恒定侧风和不同平均风速的随机侧风下列车周围的流场变化,分析了随机侧风下列车在桥塔环境中的气动特性。结果表明：风模型的改变对列车表面及周围气动压力变化影响十分有限,风模型变化对涡量的影响明显;随机侧风下头车附近最大涡量是恒定侧风下的4倍,且最大涡量呈指数型增长,平均风速越快,列车附近空气流动形成的旋涡越多,旋涡数量增加的速度也越快。平均风速相同时,随机侧风对列车气动载荷影响更大,且随着平均风速的增大,气动载荷变化剧烈程度加大,不同类型气动载荷增加幅度不同。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论, 建立了高速列车空气动力学模型, 计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩; 应用多体动力学理论, 建立了车辆系统动力学模型, 分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明: 在不同侧风环境下, 头车车体始终向背风侧横摆和侧滚; 当风向角为90°时, 车体的横向位移和侧滚角最大; 当列车车速为350 km.h^-1, 侧风风速分别为13.8、32.6 m.s^-1时, 列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm, 最大侧滚角分别为3.1°和8.4°; 当列车车速为200 km.h^-1, 风速不小于32.6 m.s^-1, 且风向角为90°时, 列车头车一、二位轮对均向背风侧横移, 背风侧车轮易发生爬轨现象, 三、四位轮对均向迎风侧横移, 三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象; 四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对, 相对安全。     

侧风环境下列车高速通过站台的流固耦合振动

为了考察侧风环境下列车能否临靠站台高速安全通过,采用列车空气动力学和列车系统动力学相结合的方法,通过侧风与列车的流固振动分析获得列车姿态的变化;考虑侧风作用下,列车的姿态变化和轨道几何不平顺的影响,分析了侧风环境下,列车临靠站台高速通过时的气动响应.计算结果表明,与无风环境尾车易与站台碰撞不同,在6 m/s侧风环境下,当列车以350 km/h的速度临靠站台通过时,车头前端是离站台最近的位置.     

高速列车抗蛇行减振器参数的多目标优化研究

为了研究抗蛇行减振器参数匹配规律以兼顾不同轮轨接触状态下高速列车横向稳定性,针对国内运行典型结构参数的高速列车,建立车辆横向动力学简化模型,分别考虑到高、低锥度两种轮轨接触状态下车辆的横向稳定性,采用多目标优化方法对抗蛇行减振器刚度和阻尼值进行多参数优化,并分析最优抗蛇行减振器参数的影响因素. 结果表明:优化的抗蛇行减振器阻尼值主要取决于车辆二系横向阻尼,得出了两类阻尼值的抗蛇行减振器选配类型,即当二系横向阻尼较小时,转向架单侧需匹配较小阻尼值600～1000 kN?s?m?1,或当二系横向阻尼较大时,匹配大于4 000 kN?s?m?1的抗蛇行减振器;抗蛇行减振器刚度显著影响不同轮轨接触状态下的车辆稳定性,减小抗蛇行减振器刚度有利于低锥度状态车辆稳定性,反之亦然.      

空车编组数量对货物列车安全性影响研究

在既有线货物列车提速和重载的背景下,为了研究空车编组数量对货物列车运行安全性的影响,根据车辆系统动力学理论、列车纵向动力学理论、车辆-轨道耦合动力学理论,采用数值方法建立了空重车混编列车-轨道耦合系统动力学模型,分析了制动工况下不同数量空车编组在货物列车头、尾部时,货物列车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标...     

强侧风对时速350 km高速列车气动性能影响分析

采用NURBS曲面设计方法完成对某型高速列车头车的三维数字化设计建模,基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε方程湍流模型,利用有限体积数值模拟方法分析计算出列车的速度阻力函数关系,同时针对列车在不同风向角的强侧风环境中运行时压力场和速度场做了进一步研究。研究发现:在无风明线上运行时列车所受空气阻力与运行速度的平方成正比,侧风运行时随着风向角的扩大空气阻力系数呈现先增大后逐渐下降的变化趋势。流场分布结构复杂不规律,当侧风情况较为严重时正压区主要分布在迎风侧,负压区主要分布在背风侧和车顶部位,且负压表现更为强烈,列车前端滞止点向迎风侧发生偏移,致使迎风侧与背风侧产生巨大压差。     

高速列车对站房振动噪声影响的试验研究

为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响,以成渝高铁沙坪坝站为工程背景,通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压.通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析,探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性.结果表明:在列车运行荷载作用下,站房与站台的结构振动优势频段为10.0～80.0 Hz,振动随振源距离的增大而减小,站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB;轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处,约为101.0 dB;对候车厅而言,噪声声压级的优势频段为20.0～2 500.0 Hz,列车进站总声压级比列车出站高0.5～1.3 dB(A);对站台而言,噪声的优势频段为125.0～1 000.0 Hz,列车出站总声压级为86.3 dB(A),比列车进站时高1.3 dB(A);对轮轨噪声自身,其优势频段为200.0～2 500.0 Hz,列车进站噪声总声压级为91.1 dB(A),较列车出站时高3.2 dB(A).     

升力翼对高速列车列车风与尾流特性的影响

为探究在高速列车车顶安装升力翼后引起的列车周围流场剧变,以三车编组1∶10缩尺比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用基于两方程湍流模型的改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,对比分析了有无升力翼的2种高速列车时均和瞬时列车风的发展规律;利用涡旋识别方法探讨了尾迹区瞬时涡结构分布特征,通过比较尾迹区不同流向位置的列车风分布特征与尾流涡旋移动规律,验证了列车风速度峰值与尾涡非定常特性的相关性,采用频谱分析方法获得了尾迹区速度功率谱密度曲线。研究结果表明：升力翼的几何外形结构加剧了车身表面边界层分离,令列车顶部和侧表面边界层厚度增大;升力翼使列车风速度峰值增大,其中在轨侧和站台位置最大时均列车风速度分别增大了1.556和1.327倍,且相较原型列车第2个峰值位置延后;由于翼尖涡不断向下游发展和累积,升力翼列车尾流结构表现为大尺度涡对中夹杂着一对更为破碎的细小涡旋,相较原型列车,涡旋与地面之间的剪切作用更强,升力翼列车尾流时均列车风速度在展向分布上有所增大,但垂直分布上有所降低,并在水平面上出现更明显的剪切分离;升力翼列车尾迹中包含较多破碎的小尺度涡,进而影响了尾迹涡脱落频率,使之比原型列车具有更高的能量,且涡旋耗散速度更慢。