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.      

现代有轨电车线路轨距加宽对独立轮对磨耗的影响

结合现代有轨电车车辆-轨道耦合动力学子模型、轮轨多点接触子模型与Archard材料磨耗子模型,建立了车轮磨耗预测分析模型。与相关参考文献结果进行对比,验证了本文建立模型的准确性。利用该磨耗预测模型计算分析了轨距加宽对现代有轨电车通过小半径曲线轨道时车轮磨耗的影响。结果表明:在相同的线路条件下,独立车轮轮缘磨耗大于非独立车轮,差值最大为0.94 mm,而两种车轮踏面磨耗情况较为接近;曲线半径较小的线路,轨距加宽为10～15 mm时车轮轮缘磨耗较小,而轨距加宽为15 mm时车轮轮缘磨耗较为均匀。研究结果可为现代有轨电车车辆维护提供有益参考。     

车体铰接式跨座式单轨列车运行稳定性分析

传统跨座式单轨列车每节车体由两个转向架承载,为了减少转向架的数量,实现跨座式单轨的轻量化设计,融合跨座式单轨列车结构及铰接式车辆特点,设计了一种新型的三模块铰接式跨座式单轨.基于动力学仿真软件SIMPACK建立其动力学模型,并对该模型在空载工况下以3种不同速度通过半径100 m曲线进行运行稳定性能仿真实验.仿真结果表明:三模块铰接式跨座式单轨列车以3种不同速度通过半径100 m曲线时,运行稳定性良好,但列车的运行稳定性随着速度的增加逐渐变差.     

六轴弹性架悬高速机车牵引杆布置方式

为了开发中国运行速度为200km.h-1的2C0轴式单杆牵引高速机车转向架,研究了牵引杆布置方式对机车运行安全性的影响。采用多体动力学软件SIMPACK建立了2C0轴式弹性架悬机车整车动力学模型,在惰行、牵引和制动工况下,分析了单牵引杆由转向架向车体端部和中部牵引时,机车的直线运行性能和曲线通过性能。分析结果表明:牵引杆布置方式对机车动力学性能影响不显著,建议采用牵引杆端部牵引的方案,以简化机车车体的设计与制造。采用牵引杆端部牵引的机车可安全通过R400m和R1600m的S形曲线;通过R400m小半径曲线时,机车惰行运行的轮对横向力大于牵引和制动工况的横向力,制动工况的轮重减载率较大;通过R2800m大半径曲线时,机车牵引和惰行的轮对横向力大小相当,大于制动工况的横向力。     

体悬电机变轨距转向架动车动力学性能及参数优化

建立了一种适用于1 435/1 000 mm轨距变换、电机体悬的高速动车组变轨距转向架动车的动力学模型;重点计算在2种轨距线路上动车采用不同的轮轨匹配关系、不同磨耗状态下的运行稳定性分岔特性,并计算了轨距、轮轨游间对运行稳定性的影响;计算了车辆运行垂向和横向平稳性以及在不同曲线工况条件下车辆的曲线通过性能,结合相关动力学标准对各项动力学性能指标进行了评定,并对造成各项动力学指标差异的原因进行了简要分析;以电机体悬式变轨距转向架动车的12个悬挂参数为因子,以车辆蛇行失稳速度、轮轴横向力、轮轨垂向力、轮重减载率和脱轨系数5个动力学指标为响应,采用最优拉丁超立方设计方法进行试验设计;建立径向基神经网络代理模型,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对动车主要的悬挂参数进行多目标优化。计算结果表明:在设计工况条件下,所设计的高速动车组变轨距转向架动车在2种轨距线路上运行稳定性、平稳性和曲线通过性能均能满足设计要求;在1 000 mm轨距上运行的稳定性优于1 435 mm轨距情况,但运行平稳性和曲线通过性能劣于1 435 mm轨距情况;优化后的悬挂参数可以兼顾车辆的运行稳定性、平稳性和曲线通过性能,使车辆具有更好的动力学性能,在2种轨距线路运行上所有计算性能指标均满足相关标准。      

多路况下轮式装载机行驶稳定性研究

针对轮式装载机在多路况下行驶过程中经常发生失稳问题,利用稳定度计算和动力学模型仿真相结合的方法,对轮式装载机在多路况下的行驶稳定性进行分析,建立相应动力学模型,计算出轮式装载机在纵横斜坡上多种工况的稳定度和失稳角.借助于ADAMS建立倾翻试验台架模型,对多路况下轮式装载机的行驶稳定性进行仿真试验,得到对应的失稳角.通过对计算和试验得到的失稳角进行误差分析,验证了仿真结果的可靠性.研究结果表明:纵横坡道上6种工况下的失稳角误差率分别为5.13％、4.76％、2.71％、5.56％、13.04％、10.53％,均在合理范围之内,其中纵向坡道上空载上坡、满载下坡和横向坡道上满载工况为倾翻事故多发危险工况.     

门架式转向架迫导向机构曲线通过动力学性能

为了预测安装了迫导向机构的100%ULF(tra low floor)低地板车辆的曲线通过性能,分析了门架式转向架的迫导向机构组成及其导向原理,推导了其导向参数的理论公式,建立了动力学模型,并通过计算机仿真详细分析了迫导向机构对车辆曲线通过性能的影响,对比分析了加装前后车辆的4个曲线通过性能指标.研究结果表明:加装迫导向机构后车辆的一、二位轮组轮轨横向力变化较小,脱轨系数也无明显变化,轮组冲角可以减少0.5左右,约减少60%,外轮磨耗指数减少量均超过了10 kN();在对加装迫导向机构后的车辆在不同曲线半径下的通过性能进行预测,当曲线半径大于100 m时,曲线通过性能较好,当曲线半径小于10 m时,转向架的各项曲线通过性能指标响应变得较为敏感,总体车辆在迫导向机构的作用下具有较好的小半径曲线通过性能.      

有轨电车接触网小曲线半径软定位理论研究

针对有轨电车接触网岔区小曲线半径软定位这一技术难题,开展了理论研究。通过构建一系列数学模型,改变接触线夹角及软定位组件长度等方式,对有轨电车小曲线半径接触线进行理论统计分析。通过对计算结果的统计分析,表明小曲线半径接触线向上提升力与接触线夹角和组件长度成反比,对有轨电车接触网小曲线软定位施工有很好的理论指导意义。     

三轴车在波形路面上的动荷载研究

应用ADAMS动力学仿真软件,建立了某三轴重型车辆的多自由度整车仿真模型,分析了车辆在不同路面工况下行驶和车辆以不同载重、不同速度行驶时,对路面的动荷载作用。研究结果表明:在车辆的行驶速度范围内,车辆对路面的动荷载随着车速的增加而增加;随着路面振幅的增加而增加;且在相同条件下,满载车辆较空载车辆对路面的动荷载要大很多。     

高速磁浮车小半径曲线通过仿真分析

为了分析国产化高速磁浮车辆的试验线路运行性能,开展了小半径曲线通过性能动态仿真研究.根据走行部主要结构参数,初步分析计算了曲线通过时车体与走行部间的几何关系和受力.利用多体动力学及系统分析的协同平台,建立模块化组装的整车动力学与控制模型,并进行R=400m曲线通过仿真.从分析值与仿真值对比和动车组的多种工况仿真分析来看,模型及仿真结果是基本准确的.     

基于动力学分析的高速铁路最小曲线半径研究

最小曲线半径是高速铁路主要技术标准之一,是影响高速列车运行品质的重要因素.建立了一种基于最佳车-线动力学性能的高速铁路最小曲线半径分析方法.通过采用车-线动力学分析方法,建立了理想轨道几何形位条件下的车-线动力学性能与曲线参数之间的关系模型.基于建立的动力学分析模型,确定了满足安全性和舒适度标准的曲线技术参数允许值;综合考虑最佳车-线动力学特性和工程技术条件,给出了高速客运专线最小曲线半径标准建议.      

小半径曲线钢轨非对称打磨廓形设计方法

为设计可提升列车小半径曲线通过性能的钢轨非对称打磨目标廓形,对中国现有CN60钢轨廓形进行了几何推导;以钢轨廓形几何参数作为设计变量,以车辆系统多体动力学指标作为综合目标函数,考虑钢轨打磨约束条件,提出了一种针对小半径曲线钢轨非对称打磨廓形的多目标数值优化模型;基于差分进化算法编写了相应的数值计算程序,并选择合理的计算参数求解了优化模型;根据实际线路参数分析了优化后钢轨打磨廓形的轮轨接触几何特性,并验证了列车的小半径曲线动力学性能。研究结果表明:提出的优化方法具有较快的计算速度,优化模型仅迭代了97次即可获得理想的钢轨打磨廓形;非对称打磨使内外钢轨具有差异性的打磨位置与打磨深度,将轮轨对中位置向轨道内侧移动了约10 mm,且不会改变轮缘处的轮轨匹配特性,有效增大了轮对横移10 mm范围内的轮对滚动圆半径差与轮轨接触角差,降低了列车在通过小半径曲线时的轮对横移、轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率,提高了转向架的横向稳定性和轮轨磨耗性能;虽然该打磨方式获得的钢轨廓形增大了轮轨接触应力,但并不会引起轮轨塑性变形。由此可见,该设计方法为提高列车的中小半径曲线通过能力提供了一种可行途径。      

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

基于有限元分析的曲线刚构桥弹性稳定性研究

在综合分析国内外曲线刚构桥发展现状、结构优势以及受力特点的基础上,以某预应力混凝土曲线连续刚构桥工程实例为依托,运用Midas/Civil2012有限元软件,对该桥在悬臂施工状态及成桥运营状态不同荷载工况下的弹性稳定性进行了研究。研究结果表明：在施工悬臂状态下高墩较低墩容易失稳;在成桥运营阶段全桥满载工况稳定系数最小;桥梁平曲线半径对施工悬臂状态下高墩稳定系数影响较为明显,且稳定系数随着半径的增大而增大。     

牵引力对机车横向运动稳定性的影响

为了探明机车牵引状态下的横向稳定性,采用多体动力学软件SIMPACK建立了某型提速机车动力学模型,以非线性临界速度作为机车横向稳定性的评判指标,并采用数值积分方法计算了机车临界速度,研究了牵引系数对机车直线和曲线临界速度的影响规律.研究结果表明:机车牵引力的存在改变了轮轨切向蠕滑力的大小和作用方向;随着牵引系数的增大,机车在直线和曲线上的临界速度均先增大后减小;机车曲线上的临界速度低于直线上的,同一牵引系数下,曲线半径越小,临界速度越低;在牵引工况下,轮对横移量不宜再作为机车曲线稳定性的判定指标,采用轮轨纵向蠕滑力对稳定性进行评判更为合理.     

走行轮失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

根据跨座式单轨车辆的结构特点,运用多体动力学软件(ADAMS)建立单轨车辆走行轮失效的动力学模型,分析不同工况下走行轮失效对单轨车辆动力学性能的影响。结果表明:在空载(AW0)及超载(AW3)状态下走行轮失效时曲线R100 m的安全运行限速值分别为35、30 km/h;弯道同侧走行轮失效对车辆运行安全性的影响趋势基本相同,弯道内侧与外侧走行轮失效对车辆安全性能的影响差异较大,其中速度较大时弯道外侧走行轮失效对车辆安全性能的影响较大;与正常运行相比,走行轮失效时横向平稳性增大了0.2~1.1,垂向平稳性增大了0.2~1.2,部分垂向平稳性已超过3.0,走行轮失效对跨坐式单轨车辆的运行平稳性影响较大,车辆运行平稳性变差,失效后车辆应减速行驶,尽快到达邻近站点疏散乘客。     

摆动式货车转向架弹簧托板刚度对其动力学性能的影响

为分析弹簧托板的形式对摆动式转向架货车动力学性能的影响,利用有限单元法将弹簧托板等效为一根弹性梁,根据Hook定律得到弹簧托板与摇动台的连接刚度,通过改变弹簧托板的半径,得到不同半径下弹簧托板与摇动座的连接刚度。运用多体系统动力学原理,考虑车辆各个部件的连接和接触关系,建立整个车辆的多体系统动力学模型,通过对比不同弹簧托板半径下车辆的各主要动力学性能指标,得到较为合适的弹簧托板半径。综合对比不同弹簧托板半径下的车辆动力学分析结果得出,随着弹簧托板半径的增大,车辆的临界速度减小,车体横向平稳性增加,而车辆的运行稳定性指标出现波动,当弹簧托板半径为10m时,车辆的各主要动力学性能较好,其对车辆的动力学性能影响较小。     

我国重载货车转向架曲线性能对比仿真

为比较我国研制的27 t轴重侧架交叉支撑转向架和副构架径向转向架的低动力作用性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论和两种转向架的具体结构,分别建立了车辆-轨道耦合动力学模型,应用车辆与线路最佳匹配设计方法,对两种转向架的曲线通过性能进行了仿真计算,并以轮对摇头角、轮轨横向力和轮轨磨耗功等参数与传统转向架进行了对比分析. 仿真结果表明:在曲线半径小于800 m 线路上,相对传统转向架,两种转向架能有效降低轮轨动力作用,且副构架径向转向架降低轮轨磨耗更具优势;但随曲线半径增大和受线路不平顺影响,径向转向架的径向作用会逐渐弱化;当曲线半径超过1 000 m后,两者的轮轨磨耗基本相当,即利用径向转向架来降低轮轨磨耗的效果不明显.      

一系纵向定位间隙对磁流变耦合轮对车辆横向动力学性能的影响

为了合理控制车辆轮对定位间隙,提高磁流变耦合轮对车辆在高速时的横向动力学性能,建立该车辆的空间动力学模型,分析了轮对纵向定位间隙对车辆临界速度和曲线通过性能的影响。得出了纵向定位间隙的增大能使磁流变耦合轮对车辆的临界速度急剧下降,轮对横移量和冲角、轮轨横向力和车体横移加速度快速增大;只有在小间隙的条件下,车辆在高速铁路上才具有较高的临界速度和较好的曲线通过性能。     

轨距杆对重载铁路小半径曲线轮轨动力学性能影响

为探明轨距杆对重载铁路小半径曲线轮轨动力学性能影响，基于车辆-轨道耦合动力学理论，分析了机车以70 km/h的运行速度通过R300 m曲线时的轮轨动态相互作用和轮轨磨耗，系统对比分析了运行速度、曲线半径和轨距杆对机车通过小半径曲线时钢轨跨中轨距动态扩大量和轮轨磨耗数，进一步研究了轨距杆的布置间距对线路横向稳定性的影响。仿真结果表明：轨距杆能够加强轨道轨距保持能力并减小曲线外侧钢轨翻转角；相比未安装轨距杆的曲线，安装了轨距杆的曲线其内侧钢轨的接触点更靠近曲线内侧；机车通过有无轨距杆的小半径曲线时的轮轨磨耗数和轨距动态扩大量均随着曲线半径减小和运行速度增大而增大；增大轨距杆布置密度可以有效增强线路轨距保持能力，当轨距杆布置间距由4个轨跨减小至3个轨跨时，轨距动态扩大量将降低36.3%。