270km·h-1高速动车动强度分析

为使机车车辆在复杂的动态受力情况下,既有足够的强度和刚度,又达到轻量化的目的,将车体、转向架构架及轮对轴箱均作为弹性体考虑。在合理模拟270km·h-1高速动车悬挂元件、设备质量及各种载荷的基础上,利用ANSYS软件瞬态动力学分析功能计算该车在270km·h-1,300km·h-1等速度下运行时的动应力,得到应力—时间历程曲线。对车体主要部件的动强度进行研究,并与试验数据进行比较,结果比较吻合。进一步分析表明:270km·h-1高速动车除车体前、后两端变压器梁与牵引支座交接处最大应力达到了110MPa,其它各点最大应力基本上都在100MPa以内;运行条件相同的情况下,受低激扰谱轨道随机不平顺激扰时车体的应力低于受高激扰谱轨道随机不平顺激扰时的应力;列车运行于300km·h-1时,车体总体应力大于列车运行于270km·h-1时车体对应点的应力,且应力波动频率更高。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

270 km·h-1动力车驱动制动单元悬挂参数的优化

为进一步改善270km·h-1的轮对空心轴式动力车的性能,采用多刚体动力学软件SIMPACK建立了完整的动力车动力学模型,在高、低干扰线路上分析了驱动制动单元车体端、构架端悬挂刚度和耦合减振器阻尼特性对单元各向振动加速度和动力车平稳性能的影响。结果表明优化单元悬挂参数可以改善其工作条件和整车性能,但对轮轨作用力影响不大。相同速度不同级别线路上,单元悬挂参数对动力车性能的影响规律是相似的。     

轮对扁疤动态冲击激励对车辆垂向振动特性的影响

在轨道车辆高速运行过程中,由于紧急制动或者轮对打滑空转等原因造成的踏面局部擦伤和剥离统称为轮对扁疤。基于计算多体动力学和轮轨接触理论,建立了考虑扁疤冲击的动车组动力学模型,模拟车辆的动态响应特性。在该模型的基础上研究了高速列车轮对新旧扁疤以及几何尺寸对车辆系统动态行为的影响,给出不同速度下车体、构架、轴箱垂向振动等振动状况,确定高速行车条件下轮对扁疤对动力学性能的影响。结果表明:轮对扁疤对高速动车组轮轨接触及轴箱垂向激扰有着极大的影响,在轮对扁疤作用下,轮轨冲击和轴箱振动情况比正常轮对情况要严重得多;另一方面由于一系钢簧和二系空气弹簧低频滤波作用的存在,削弱了扁疤振动激扰对构架和车体的影响。     

利用振动相位差检测垂向振动减振器的异常

文章介绍了应用评价转向架构架与车体的平移运动及旋转运动的相位差,提出了检测轴箱减振器（一系弹簧悬挂）及摇枕弹簧减振器（二系弹簧悬挂）的减振力（阻尼力）异常的方法及建议。阐述了使用车辆试验台针对轴箱减振器实施车辆激振试验的结果;针对摇枕弹簧减振器实施了运行试验的结果,表明了建议采用方法的有效性。     

270 km·h-1动力车驱动制动单元悬挂参数的优化

为进一步改善270 km·h-1的轮对空心轴式动力车的性能,采用多刚体动力学软件SIMPACK建立了完整的动力车动力学模型,在高、低干扰线路上分析了驱动制动单元车体端、构架端悬挂刚度和耦合减振器阻尼特性对单元各向振动加速度和动力车平稳性能的影响.结果表明优化单元悬挂参数可以改善其工作条件和整车性能,但对轮轨作用力影响不大.相同速度不同级别线路上,单元悬挂参数对动力车性能的影响规律是相似的.     

铁道车辆轴箱弹簧断裂故障对动力学性能的影响

车辆运行过程中,当轴箱弹簧突发断裂故障,会造成动力学状态和性能突变,一系悬挂刚度突然减小,暂时失去承载能力,会威胁车辆行车安全。结合整车的动力学仿真,建立了轴箱弹簧断裂过程的力学模型,对整个断裂过程进行仿真,模拟了轴箱弹簧突然断裂工况下车辆动力学性能变化,分析了轴箱弹簧断裂条件下车辆直线行车安全性以及曲线通过安全性。计算分析结果表明:轴箱弹簧突然断裂导致一系悬挂刚度剧变,引起轮轨垂向力先减小后增大,轮重减载率、脱轨系数等参数增大直至超限,但对轮轨横向力影响不大。     

高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究

高速动车组车下悬挂设备的隔振设计应最大程度地发挥设备工作效能,减小车体振动及两者的相互影响,提高乘坐舒适度。为研究车下悬挂设备隔振器参数对隔振性能的影响,根据机械振动和减振隔振理论,推导车下典型设备(牵引变压器及冷却单元)刚度设计的动力学方程。建立车体与牵引变压器及冷却单元的有限元分析模型,并以变压器振动烈度、地板舒适性和隔振效率为评价指标,深入分析隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率、变压器质量等对隔振性能的影响,得到隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响规律。结果表明,隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响明显,可为车下悬挂设备隔振设计提供依据。     

高速动车组悬挂部件失效动力学性能研究

利用SIMPACK软件建立了适用于高速转向架悬挂系统故障检测的国内某型高速动车组车辆动力学仿真模型,并根据所建立的动力学模型分别研究了在不同速度条件下一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系抗蛇行减振器失效时整车不同部位表现出的动力学性能。通过对车体不同部位及前后转向架动态响应信号的时域、频域特性进行分析,获得了转向架悬挂部件故障与整车系统响应的关联关系,提出了分别针对一系垂向减振器、二系空气弹簧、抗蛇行减振器失效敏感的故障特征因子,从而对悬挂部件故障进行检测与定位。     

一种基于转臂式轴箱悬挂的跨座式单轨车辆单轴转向架

文章介绍了一种新型跨座式单轨车辆单轴转向架,其一系悬挂系统采用转臂轴箱结构,转臂的一端固定在构架上,另一端通过空气弹簧支撑构架;车体与构架连接采用吊杆方式,且采用单拉杆传递纵向力。导向轮和稳定轮通过绕纵向的转轴与构架的端部支撑臂连接,在转轴与支撑臂之间设置橡胶弹簧,弹簧可调节预压缩量。基于以上结构,文章利用多体动力学软件UM建立了动力学模型并进行动力学性能仿真分析,结果说明该新型转向架具有良好的曲线通过性能和运行平稳性。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

基于轴箱弹簧故障状态的铁路客车动力学性能分析

假设轴箱弹簧断裂后仅发生垂直坐落且不考虑构架结构的扭转刚度影响,建立了轴箱弹簧发生断裂后的两种故障状态模型:断裂接触和断裂失效,并以此建立了6种故障工况的铁路客车动力学模型,对比分析了各故障工况对动力学性能的影响。结果表明:6种轴箱弹簧故障工况下的轮轴横向力和脱轨系数指标与正常工况时差别不大;内外簧全部断裂失效工况下引起的轮重减载率指标比正常工况增大14%;轴箱弹簧故障状态中,外簧断裂失效工况下引起的构架横向加速度比正常工况增大5%,而内外簧全部断裂但仍接触工况下引起的构架垂向加速度比正常工况增大12%;轴箱弹簧故障对车体平稳性的影响有限,且仅表现在垂向,横向几乎不变。     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

地铁车辆转向架构架模态试验和仿真分析

对某B型地铁进行了构架线路振动试验,利用PolyMAX方法识别转向架构架在运用过程中的工作模态。基于有限元软件ANSYS建立了B型地铁动车转向架构架有限元模型,利用Block Lanczos法对构架有限元模型进行模态分析。对比仿真结果与试验结果,发现自由模态计算结果与试验结果存在较大差异;对构架有限元模型施加不同边界条件,发现考虑构架一系和二系悬挂、齿轮箱、电机悬挂约束后计算得到模态振型和模态频率与试验结果较为接近,误差小于5%。建议进行构架模态有限元分析时充分考虑边界条件的约束。     

高速列车垂向随机振动及减振器阻尼参数优化

根据考虑和不考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,通过方程变换,得到便于数值积分求解的高速列车垂向振动状态空间表达式。在此基础上,应用随机振动理论研究高速列车的垂向振动特性,并比较分析2种模型之间的差别;基于考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,分析减振器阻尼参数对列车振动响应的影响,并以车体垂向振动加速度、二系悬挂垂向行程、构架垂向振动加速度、一系悬挂垂向行程均方根值为目标,应用评价函数法,建立高速列车垂向减振器阻尼参数优化方法。由分析结果可知,该优化方法可进一步改善列车的运行品质,为高速列车垂向减振器阻尼参数的选取提供了有益参考。     

车体弹性效应下的垂向振动特性研究

针对高速列车车体弹性振动影响悬挂部件的安全性及乘坐舒适性问题,建立考虑车体弹性的高速列车垂向刚柔耦合动力学模型,车体视为两端自由均质等截面欧拉-伯努利梁,在频域内研究弹性效应下的振动特性及其传递关系。分析结果表明,在特定轨道不平顺波长激励下,车体对称模态响应为零,而反对称模态响应最大;反对称模态响应为零,而对称模态响应最大。当车体固有频率与激励频率一致时,车体会产生共振。一阶垂弯共振速度与共振波长对列车运营有重要影响,一阶垂弯模态频率处车体相关频响函数加速度传递率最大,对车体振动贡献最大,速度越高,对一阶垂弯频率要求越高。提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼、适当降低二系垂向阻尼可提高车体垂向运行平稳性。     

200 km/h动力车驱动制动单元悬挂参数的研究

为了进一步改善200km/h轮对空心轴式动力车的性能,本文采用多刚体动力学软件SIMPACK建立了完整的动力学模型,分析了驱动制动单元车体端、构架端悬挂刚度和耦合减振器阻尼特性对驱动制动单元各向振动加速度和动力车平稳性能的影响,发现优化驱动制动单元悬挂参数可以改善其工作条件和整车性能,但对轮轨力影响不大。最后还比较了驱动制动单元不同悬挂刚度下主要部件的振动频率,计算结果的趋势与线路试验结果相吻合。     

高速列车车下设备模态匹配及试验研究

本文提出计算整备状态下高速列车车体垂向一阶弯曲模态频率的数值及解析方法,研究并阐释车下设备对整备状态下车体模态频率的影响机理。基于解析方法及隔振理论,提出车下设备与车体模态匹配原则,设计车下设备悬挂参数,并针对设计结果进行试验验证。结果表明,数值方法计算精度高,但不便于工程运用,而解析方法在保证计算精度的同时,能够直接运用于车下设备悬挂设计;相对于刚性吊挂而言,车下设备采用弹性吊挂时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率会得到明显提升;车体与车下设备模态频率的合理匹配可有效避免二者间共振的发生,针对所研究的高速车辆,当独立设备固有频率设计为6.5Hz时,设备自振频率能够与车体垂向一阶弯曲模态频率有效分开。在整个运行速度区间内,车辆可以获得良好的运行平稳性,同时车下设备振动亦不剧烈。     

北美铁路货车转向架的发展(续一)

9 一系悬挂转向架 一系悬挂转向架也叫做轴箱弹簧转向架，通常是作为提供给特种运用服务的优质转向架。在这种型式转向架上，其主弹簧和阻尼是装在轮轴系统与转向架构架之间的，因而垂向和横向弹簧挠度和阻尼与最小的簧下重量一起就直接作用于转向架轮对运动。随之带来优良的垂向和横向运行品质，以及高速蛇行稳定性和良好的曲线通过性能。 提供的这种基本结构是在运用于欧洲的转向架系列结构基础上设计的，在最新专门设计中，还结合了摆吊式横动和迫导向功能。图18为一种迫导向径向转向架。     

孟买地铁转向架与车体垂向耦合振动分析

针对孟买地铁车辆,运用刚柔耦合的车辆振动模型,研究弹性车体与构架耦合振动,分析车体弹性对平稳性的影响。分析表明,车体刚度越大,车体弹性对平稳性的影响越小;随着转向架一系垂向刚度的增加,构架的浮沉频率会逐步增加;通过参数优化,当构架浮沉频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,不会发生车体垂向弯曲共振现象。