重载列车车钩力对列车偏载安全性影响

为了分析偏载列车在小半径曲线运行的安全性问题,基于重载列车纵向动力学模型和短编组三维重载车辆轨道耦合动力学模型,对偏载车辆的安全性指标进行了分析.首先利用纵向动力学模型分析了重载列车纵向冲动时的车钩力特征和变化规律,其次将计算得到的车钩力作为边界条件输入到三维短编组重载车辆轨道耦合动力学模型,研究了小半径曲线运行时车钩...     

长大列车通过弹性曲线轨道仿真求解方法研究

为解决长大列车与连续长弹性轨道的同步仿真问题,以列车通过曲线轨道为例,采用重载列车-轨道耦合动力学模型,分析了压钩力作用下轨道结构与30 t轴重列车的动态特性,提出了长大重载列车与轨道动态相互作用仿真时模型的简化求解方法.该方法将庞大的列车/轨道耦合振动系统以有限数目的三维车辆模型代替,并考虑其轨下基础结构弹性,从而极大缩减系统运动自由度.研究结果表明:列车可简化为单质点车辆模型和三维车辆模型混合的短编组列车,当模型中只包含一个三维车辆模型,且其前、后车辆均以单质点模拟时,计算结果偏低;列车承受2 200 kN压钩力并通过400 m半径曲线线路时,货车最大轮轨横向力和垂向力较多节三维货车编组模型的计算结果分别低估了24%和4%,钢轨横向、垂向位移则被低估了20%和8%;端部车辆采用单质点模型、中部采用三维车辆模型的车辆数至少为3时,才能较为准确地反映中间目标车辆处轮轨作用力和其下部轨道结构的动态特性.      

板式轨道动力响应分析方法

为了计算在高速车辆移动荷载作用下板式轨道的动力响应, 将轨道板视为线性粘弹性连续支承梁, 将钢轨视为线性粘弹性点支承梁, 将钢轨和轨道板统一划分为有限单元, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 利用弹性系统动力学总势能不变值原理, 建立了高速列车-板式轨道的垂向耦合动力学方程, 计算了车辆通过板式轨道钢轨焊接区短波不平顺时的轮轨动力学响应。仿真结果表明: 与其他成熟仿真方法相比较, 响应变化趋势与幅值基本一致, 表明该方法可行。     

无碴轨道动力学理论及应用

根据车辆-轨道耦合动力学理论，建立了列车与路基上无碴轨道空间耦合动力学模型．模型中将钢轨视为弹性点支承基础上的Bernoulli-Euler梁，将轨道板及混凝土底座视为弹性基础上的弹性薄板．推导了路基上无碴轨道的运动方程．用上述模型及方程分析了遂渝线无碴轨道综合试验段路基上板式轨道及过渡段的动力学性能．结果表明，快速客车、重载以及普通货车通过路基上板式轨道时，轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、以及CA砂浆和路基面动应力等动力学指标均小于许用值．该无碴（板式和双块式）轨道与有碴轨道过渡段在客运列车作用下钢轨挠度变化率均小于许用值（0．300mm／m），在货物列车作用下略大于许用值．     

长大重载列车系统动力学

利用循环变量法解决了长大重载列车的自由度难题,考虑了列车纵向、横向和垂向性能之间的耦合关系,建立了长大重载列车三维空间耦合动力学模型,分析了牵引、制动和惰行工况下的长大重载列车在直线轨道、曲线轨道和坡道上的动力学性能.仿真结果表明:在牵引工况下,列车头部和尾部车辆比列车中部车辆的动力学性能差；在制动工况下,列车中部车辆...     

列车编组对桥梁振动和乘坐舒适性的影响

利用三角级数法模拟了轨道的不平顺，采用列车编组和桥梁组合的模型，建立了车桥耦合振动方程。对不同列车编组作用下桥梁的竖向振动和车体加速度进行了研究，结果发现列车编组对桥梁的振动和乘坐舒适性影响很大。通过改善列车编组的方法可以提高车桥耦合振动中车辆的动态性能。     

横风下车辆-轨道耦合动力学性能

应用多体系统动力学理论, 建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 利用新型显式积分法求解动力学方程组, 利用赫兹非线性弹性接触理论计算轮轨法向力, 利用沈氏理论计算轮轨蠕滑力, 编写了车辆-轨道耦合动力学计算程序, 研究了轨道结构对高速列车动力学性能的影响, 分析了不同横风环境下高速列车动力学性能和列车姿态。研究结果表明: 当列车运行速度为350 km·h^-1, 横风速度为15 m·s^-1时, 车体最大横向加速度为0.45 m·s^-2, 车体最大垂向位移为24.5 mm, 车体向背风侧横移80.0 mm, 车体最大侧滚角为2.23°; 一位轮对的最大轮重减载率接近0.80, 二、四位轮对均向背风侧横移, 背风侧车轮易发生爬轨现象, 二位轮对的横向位移最大, 为7.4 mm。在横风下, 高速列车的运行安全性指标变差, 车体振动加速度变化不明显, 车体向背风侧横移。在所有轮对中, 二位轮对最危险。     

轨道动力学模型与数值方法研究进展

随着列车速度的提高和轴重的增加,车辆与轨道之间的相互作用更加激烈.深入开展轮轨动态作用机理研究,对高速重载铁路安全平稳运行具有重要意义.文章回顾了轨道动力学模型的研究进展,重点介绍了五种轨道动力学模型及算法,即车辆-轨道-路基非线性耦合系统交叉迭代算法,新型车辆单元和轨道单元模型,列车轨道系统动态分析的移动单元法,移动...     

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．     

铰接式高速列车运行平稳性

采用面向对象的建模技术, 建立了三车铰接编组、带车端悬挂的三辆编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型。运用所建立的模型, 采用时域和频域的分析方法对铰接式高速列车、采用车端悬挂及车辆间无耦合装置的高速列车的运行平稳性进行了研究。车组中中间车辆的加速度功率谱分析表明, 车辆间设置车端悬挂能明显地抑制车辆的点头及摇头振动。对比分析表明车辆采用铰接, 其减振性能比仅采用车辆端悬挂的优越。对自行研制的铰接式高速列车在振动台进行了运行平稳性试验, 结果表明在轨道高激扰的条件下, 该设计完全能满足车辆高速运行下的舒适性要求。     

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状,综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响,总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用,基于轮轨间作用力,分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响,概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明：车轮异常磨耗会导致舒适性下降,合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动,降低车内振动噪声,增加列车运行稳定性、安全性和平稳性;合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度;钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动,缩短车辆构架和钢轨的使用寿命;通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨,改善轮轨关系;行波效应对车辆安全性影响很大,与相同激励下的各项参数相比,车速为350 km·h^-1、行波速度为300 m·s^-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低;横风作用下受电弓气动抬升力增大,影响接触网安全,增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。     

双层集装箱重车重心高度对运行安全性的影响

根据多刚体动力学理论, 运用SIMPACK仿真软件分别建立了一定装载工况和运行工况下双层集装箱车辆的单车动力学仿真模型和四车动力学仿真模型。基于铁路车辆运行安全评价指标及其标准, 将模型仿真结果与双层集装箱列车实际运行试验的结果进行了对比分析, 研究了重车重心高度与运行安全性的关系, 给出了合理的双层集装箱重车重心限制高度。仿真结果表明: 随着双层集装箱重车重心高度的增大, 轮轴横向力、轮重减载率与脱轨系数增大, 最先达到安全限度的是脱轨系数; 在最不利装载工况下, 安全的重车重心高度限值为2 480 mm。     

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

钢弹簧故障状态的车辆动力学性能

考虑了车辆导向轮对一侧轴箱钢簧出现失效的四种工况: 钢簧内外圈均断裂、外圈断裂、内圈断裂和钢簧“冻死”, 建立了钢簧失效工况下的车辆系统动力学模型, 分析了钢簧失效对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明: 钢簧失效后, 轮对的平衡位置偏离轨道中心线, 全断裂工况下偏离最大, 约为3mm; 车辆的临界速度降低, 全断裂工况下降低最大, 约为30km·h^-1;失效弹簧所在轮对的轮载差变化较大, 全断裂工况下轮载差最大, 约为50kN; 转向架断裂弹簧处及其斜对角轴箱悬挂垂向力将减小, 另一对角处的轴箱悬挂垂向力将增大, 从而使转向架承受较大的扭曲载荷; 钢簧失效很容易使脱轨系数和轮重减载率等安全性指标超过限定值, 增加了车辆运行安全的隐患, 在直线上200~300km·h^-1速度范围内和曲线(半径为7 000m)上100~300km·h^-1速度范围内, 全断裂工况下的减载率都超过0.8;钢簧失效对车辆横向平稳性影响不大, 但钢簧“冻死”会使垂向平稳性变差, 相对于正常工况, 在300km·h^-1时增加约0.1。     

准静态条件下三维脱轨系数临界值简化计算方法

根据轮轨系统坐标系间的变换关系, 在准静态条件下建立了轮轨接触斑三维受力分析模型, 推导了考虑轮对摇头角与轮轨蠕滑力的三维脱轨系数计算公式, 得到了脱轨临界状态时三维脱轨系数临界值的计算方法; 以LMA车轮踏面与CHN60钢轨廓形为例, 分析了轮对摇头角与摩擦因数对三维脱轨系数临界值的影响规律, 并与Nadal脱轨系数临界值进行了对比; 为简化三维脱轨系数的计算方法, 根据Shen-Hedrick-Elkins蠕滑模型讨论了不同轮对摇头角、摩擦因数与垂向力条件下Kalker线性合成蠕滑力与3倍库伦摩擦力间的比值关系; 分析了横向蠕滑力与纵向蠕滑力的比值随轮对摇头角与摩擦因数的变化规律, 提出了一种准静态条件的三维脱轨系数简化计算方法, 并与精确公式计算结果进行了对比。分析结果表明: 与三维脱轨系数临界值相比, 当轮对摇头角在1.5°以内时, 纵向蠕滑力在切向力中的占比要明显大于横向蠕滑力, 造成Nadal脱轨系数临界值具有一定的保守性, 但在轮对摇头角较大时, 横向蠕滑力在切向力中的占比达到了90%以上, Nadal与三维脱轨系数临界值计算结果基本相同; 车轮脱轨临界状态下轮轨接触斑内已达到纯滑动状态, 横向蠕滑力和纵向蠕滑力的比值基本不受摩擦因数影响, 并与轮对摇头角存在强线性关系; 与精确公式相比, 三维脱轨系数简化计算方法的误差在±5%以内, 可以满足工程应用的要求。     

C80型铁路货车制动装置运用性能预测

运用现场试验与多体动力学仿真相结合的方式,提出一套反映C80单元制动装置真实接触状态的建模与模型验证方法;运用RecurDyn仿真分析平台,通过仿真试验分析法对制动装置的运用性能进行分析预测。研究结果表明：闸瓦靠近轮缘一侧的接触应力较大,2、3位闸瓦下部应力较大,易引起闸瓦偏磨;制动梁立柱连接处存在较大应力,游动、固定杠杆连接部位最大瞬时接触应力分别为137和127 MPa;C80单元制动装置中12号和15号销轴受力最大,在空车与重车制动时销轴所受合力分别超过10和50 kN,现场检修时应着重检查游动杠杆、中拉杆、固定杠杆、制动梁立柱和立式制动杠杆及其连接部;动态运行时,制动梁朝着车辆运行反向窜动导致闸瓦与车轮异常间歇性碰撞接触,且随着运行速度增大轮瓦接触力有增大趋势,易导致车轮非正常磨耗和闸瓦偏磨。研究方法为预测铁路货车制动装置等复杂机构的运行规律与性能预测提供一种新技术,可用于指导C80等铁路货车制动装置的运用检修规程制定与设计改善。     

制动特性对列车纵向冲动的影响

针对大秦线重载列车实际运用中出现的纵向冲动过大的问题,使用基于气体流动理论的空气制动特性仿真和基于刚体动力学的列车纵向动力学联合仿真方法,研究制动波传播的均匀性、制动波速、制动缸升压特性等制动系统特性对纵向冲动的影响.结果表明在制动波速不变条件下,制动波匀速传播与非匀速传播时列车纵向冲动水平基本一致;制动波速对列车车钩力影响显著,波速越高,车钩力越小;在列车制动能力不变的条件下,随着列车首尾车制动缸压强曲线开口度的收敛,纵向冲动明显降低,最大车钩力发生位置向列车后部移动.