轨道整体刚度和阻尼对车辆系统动力学性能的影响

建立了考虑轨道整体弹性和阻尼的车辆动力学模型，利用该模型讨论了轨道整体横向刚度、横向阻尼及整体垂向刚度、垂向阻尼对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明，轨道整体横向刚度对车辆系统临界速度的影响较为显著，轨道整体横向阻尼对车辆临界速度有一定的影响，轨道整体横向、垂向阻尼对车辆系统的动态曲线通过性能影响较小，而轨道整体垂向刚度和垂向阻尼对车辆临界速度的影响较小。仿真结果还表明，车辆系统在弹性轨道条件下的运行平稳性优于刚性轨道条件下的运行平稳性。     

减振器橡胶节点刚度对铁道客车系统临界速度的影响

建立考虑抗蛇行减振器和二系横向减振器橡胶节点刚度的铁道客车横向振动系统数学模型，通过变量变换得到便于数值积分求解的客车系统运动微分方程组，给出线性和非线性临界速度的近似计算方法。以1辆高速客车为例，比较考虑和不考虑减振器橡胶节点刚度情况下客车系统在直线和圆曲线轨道上临界速度的差别，重点研究抗蛇行减振器和二系横向减振器的橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响。结果表明：抗蛇行减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度有一定影响，而二系横向减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响较小；直线轨道上客车系统的线性和非线性临界速度大于曲线轨道上的值，且线性临界速度高出的值更大些；客车系统在直线轨道上的线性临界速度与非线性临界速度的差值也大于曲线轨道上的值。     

车辆在弹性轨道结构上的横向稳定性分析

运用车辆－轨道耦合动力学理论，研究了车辆在弹性轨道上的非线性运动稳定性问题。考虑轨道结构振动的影响，计算得出了车辆的实际临界速度，并与采用传统的车辆动力学方法计算得到的临界速度进行了比较。同时探讨了销售网钢轨扣件横向刚度和阻尼对车辆横向稳定性的影响。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

长波长直线钢轨交替侧磨和机车轮缘磨耗的形成和防治

直线钢轨交替不均匀侧磨有短波与长波之分，短波由货车横向失稳造成；长波和轮缘磨耗因机车受轨道横向激扰蛇行失稳导致轮轨侧面撞击所造成，根据分析ND5动力学试验资料，得出不同速度时的蛇行波长在15．1m-24.8m之间，和现场实际基本吻合，实践与试验表明，长波长交替侧磨是ND5型机车蛇行失稳造成的，ND5型机车横向动力学性能不良的根本原因是轴温和转向架导框间存在纵向和横向间隙，根据对东风型机车因轨道横向激扰产生失稳试验和改进试验，本文除提出改善轨道及其不平顺外，着重提出减少ND5型机车轴箱与导框纵向间隙的重要建议，以提高蛇行临界速度，避免蛇行失稳和轮轨磨耗。     

列车提速下32 m PC简支T梁的横向刚度加固方案研究

对既有单线铁路32m标准预应力混凝土简支T梁在列车提速条件下的几种横向刚度加固方案进行研究。采用车桥系统动力相互作用分析的方法，考虑轨道不平顺和车辆蛇行运动影响，针对铁道专业设计院提出的几种加固方案，计算了不同列车速度下桥梁与车辆的动力响应。分析影响桥梁横向振动的主要因素，指出进行桥梁加固时应注意采取的措施，并对各加固方案进行了分析比较。     

线路条件对高速列车横向动态偏移量的影响

为研究不同线路条件对车辆横向动态偏移量的影响,从而为高速铁路限界的拟定提供理论依据,利用SIMPACK软件建立车辆一线路耦合模型,研究轨道不平顺、曲线超高对车辆最大横向动态偏移量的影响。结果表明：轨道不平顺会增大车辆的横向动态偏移量,在直线线路上车辆横向动态偏移量随列车速度的增大而增大;当列车速度为350km／h时,动态偏移量增大到22．7mm;在曲线半径为300m的线路上,轨道不平顺使动态偏移量分剐增大了10．1mm;对于相同的小半径曲线线路,列车通过速度越大,车辆横向动态偏移量越小,但会加剧欠超高。列车通过速度过低,车辆存在倾覆的危险;建议确定车辆动态限界时应考虑轨道不平顺、曲线线路超高以及列车通过速度的影响。     

高速铁路无砟轨道桥梁基础变形对行车的影响

研究目的:针对高速铁路无砟轨道桥梁基础(桥墩)变形引起桥上轨道附加不平顺,进而对列车运行产生影响的问题,本文以单元板式无砟轨道系统为对象,分别建立轨道-桥梁上部结构-支座-桥墩数值仿真子模型,以及车辆-轨道耦合动力作用子模型,计算并分析桥墩不同变形模式和量值对高速铁路行车的影响。研究结论:(1)桥墩变形对行车的影响与列车速度有关,列车速度越高,其影响越大;(2)桥墩横向变形对行车的影响大于桥墩沉降所产生的影响,桥墩同时发生沉降和横向变形情况下,行车安全性主要受横向变形的影响;(3)桥梁跨径减小,各行车评价指标增大,尤其当桥墩横向变形大于10 mm的情况下;(4)对于32 m标准跨径桥梁,桥墩沉降不超过20 mm,行车安全性和舒适性指标均未超过限值,但是当桥墩横向变形达到15 mm时,列车高速运行下行车安全性指标已超过限值;(5)该研究结论对高速铁路桥梁基础变形的管理与控制具有一定的指导意义。     

土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究

依据系统工程理论的思想,基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元理论,建立机车车辆和板式无砟轨道结构的力学模型,采用ABAQUS软件实现滚动接触过程的轮轨接触的模拟,对铁路客运专线土质路基板式无砟轨道结构在高速行车条件下的动力学性能进行仿真分析研究。结果表明：板式无砟轨道结构的平顺性很好;动车组轮轨垂向力、轮重减载率、轮轨垂向力动载系数和各轮脱轨系数的最大值及其离散性均随着列车速度的提高而增大,整个动车组所有车轮的轮轨横向力最大值以及各轴的轮轴横向力均远小于安全控制值;板式无砟轨道结构各部分的振动加速度和主要振动频带范围随着列车速度的增大而增大;板式无砟轨道结构的振动衰减情况良好。     

车辆—轨道系统横向耦合动力学的研究

本文基于车辆－轨道系统耦合动力学的基本思想，对横向耦合动力学进行了分析研究，从车辆，轨道、轮轨接触整体系统的角度，建立了车辆－轨道系统横向耦合模型，并编制了相应的计算机仿真实施软件包，用以分析高速、重载运输条件下车辆和轨道的横向相互作用，为车辆和轨道的轨道的最佳设计，最佳管理提供科学依据。     

跨坐式单轨交通预应力钢筋混凝土轨道梁动力性能试验与分析

对重庆跨坐式单轨交通的预应力钢筋混凝土轨道梁、墩体结构进行了动力试验,测试其动力特性及在不同行车速度下的动力响应.测试及分析结果表明,预应力钢筋混凝土轨道梁结构实测自振特性与理论计算结果基本相符;轨道梁结构具有较好的竖向刚度和结构强度;单轨车辆以不同速度通过桥梁时,试验梁横向基频、横向加速度等横向振动性能与<铁路桥梁检定规范>的要求有一定差异;运行单轨车辆对轨道梁结构有一定的冲击作用,但不显著;墩体结构横向动力性能良好,满足限值要求.     

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线,以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件,建立了具有93个自由度的单节高速车模型,同时考虑轨道不平顺的影响,仿真计算了车体横向加速度时变率,对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明,在未考虑轨道不平顺时,列车以变化的速度运行,半波正弦更具优势,在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线,以提高旅客乘坐舒适度;轨道不平顺对高速行车的安全性和平稳性影响很大,应严格控制轨道平顺性。     

铁路货车通过曲线轨道时的非线性运动稳定性研究

根据直线轨道上非线性车辆系统蛇形运动的极限环和曲线轨道上车辆的动态特性,给出曲线轨道非线性车辆系统蛇形运动的极限环,并计算出货车的非线性临界速度,分析曲线半径和外轨超高对货车非线性临界速度的影响。结果表明:在大锥度、横向位移激扰、轮对冲角等因素的作用下,货车轮对在曲线轨道上易出现蛇形失稳,并且在蛇形失稳时轮对的横向振荡剧烈,蛇形波长为3.6 m;与直线轨道上的极限环不同,曲线轨道上非线性车辆系统相对轨道中心线而言,具有2个稳定的极限环;当重载货车空车通过半径600 m、超高55 mm曲线轨道时,其非线性临界速度为76.4 km.h-1,低于直线轨道上的临界速度,说明曲线轨道的半径和外轨超高对车辆非线性临界速度有明显的影响,而且半径和超高越大,临界速度也越高,但当半径和超高增加到一定程度,临界速度不再随之增长。     

市域动车组尾车晃动机理及悬挂参数优化研究

市域动车组在单线隧道内运行时,随着运行速度增加,尾车横向晃动逐渐加大,乘坐舒适性恶化。针对此问题,文章开展了车辆横向振动测试,并对测试数据进行分析,结果表明列车尾部涡流及轨道不平顺波长与车辆滚摆频率耦合是导致尾车横向晃动的主要原因。对此,文章建立了考虑尾车空气涡流的车辆系统动力学模型,分析了车辆悬挂参数及轨道不平顺对列车尾部横向晃动的影响,并对横向减振器阻尼及抗蛇行减振器阻尼进行了优化试验研究,结果表明：降低轨道28 m波长不平顺幅度以及提高横向减振器阻尼和抗蛇行减振器阻尼可以有效改善列车尾部晃动问题。     

重庆跨座式单轨交通系统动载试验研究

研究目的：对重庆市跨座式单轨交通系统进行动载试验，检验跨座式单轨交通系统的实际动力性能。研究方法：通过对不同车速下重庆市跨座式单轨交通系统动力性能的检测试验，研究跨座式单轨交通PC轨道梁的动力特性及其动力响应，并对单轨车辆乘坐舒适性进行测试与分析。研究结果：PC轨道梁结构实测动力特性与理论计算结果基本相符。研究结论：轨道梁结构具有良好的竖向刚度和结构强度；单轨车辆以不同速度通过桥梁时，试验梁横向基频、横向加速度等横向振动性能与铁路桥梁检定规范要求有一定差异；单轨车辆在桥上运行时对轨道梁结构有一定的冲击作用；参照ISO2631、UIC513和GB5595—85评价标准，对单轨车辆乘坐舒适性采用舒适度和平稳性2个指标进行的测试分析表明，运行车辆具有良好的乘车舒适性。     

重载机车横向稳定性仿真研究

采用多体系统动力学软件SIMPACK建立了某型重载货运电力机车动力学模型,首先用初始激励法以AAR5、AAR4和AAR3轨道不平顺作为初始激扰,得到该机车的蛇行临界速度;然后,基于澳大利亚AS7509.1标准和UIC 518标准,分析了该机车不同轨道不平顺下的安全运行速度。结果表明,该机车横向稳定性满足各种线路运行要求,随着轨道不平顺的加剧,机车的安全运行速度有一定的下降,横向性能变差;横向稳定性分析中,可以根据不同线路状况采用不同的仿真方法。     

悬挂式单轨列车与轨道梁桥系统动力性能试验研究

针对我国第一条悬挂式单轨交通试验线开展行车动力学试验。试验线轨道梁桥为底部开口的钢结构箱梁,试验列车为基于锂电池驱动的悬挂式单轨列车,最高试验运行速度为60 km/h。试验结果表明:轨道梁桥结构具有良好的竖向和横向刚度,其垂向一阶自振频率和横向一阶自振频率分别为5. 60、2. 27 Hz,自振频率理论计算结果与实测结果基本相符;轨道梁桥结构的振动加速度随着行车速度的增加而逐渐增大,其跨中垂向和横向加速度最大值分别为0. 19g、0. 11g,满足铁路桥梁相关规范要求,轨道梁桥动态位移随着行车速度的增加无明显变化,表明列车对该轨道梁桥的动力冲击作用受速度影响较小,在所有测试工况中,轨道梁桥挠跨比小于1/1 100,动力冲击系数小于1. 1;列车在各种速度工况下,其横向平稳性指标较垂向平稳性指标略大,但两者平稳性指标均小于2. 75,表明运行车辆具有良好的平稳性。     

高速道岔—美国联邦铁路局RR06—10号研究结果

列车通过道岔时会产生较大的横向作用力和加速度，如图1左右两侧所示，在尖轨和辙叉处尤突出。出现较大的横向力和加速度限制了列车通过速度，对旅客乘坐质量和设备构件带来不良的影响。本研究的目的是寻找减小横向作用力和降低加速度的低成本方法，提高列车通过道岔的速度。低成本要求不改变道岔的关键尺寸，如导曲线长度、辙叉角；在不改变轨道的结构的同时，在既有道岔空间内满足新设计的要求。减小普通AREMA（美国铁路线路工程与维护协会）道岔的转辙角，加长尖轨，并改变曲线密贴的形状、缩短曲线密贴的长度，是减小横向作用力和降低加速度的低成本方法。以No．20道岔（见图2）为例，动态模拟和现场测量表明，这种设计可允许过岔速度从目前的45mph提高到55mph，并不产生轮／轨作用力和横向加速度峰值，但超过普通道岔所产生的轮／轨作用力和横向加速度。     

地铁车辆以磨耗车轮通过钢弹簧浮置板轨道时的较好平稳性速度

[目的]为使地铁乘客获得较好的乘车体验,探究轨道线路铺设浮置板时车体平稳性较好的通过速度区间。[方法]利用仿真软件建立了地铁车辆-浮置板轨道-路基的动力学模型,分析了标准车轮及磨耗车轮通过地铁有无钢弹簧浮置板轨道时的车体振动状况。对比了不同速度条件下,增设浮置板前后车体垂向平稳性指标时域及频域的变化;对比了车体在浮置板轨道系统下,车体以磨耗车轮与标准车轮通过时,车体的垂向振动加速度等参数时域及频域的变化规律。[结果及结论]不同速度时,浮置板会使列车的平稳性指标增大,相比无浮置板时平均增长了5.8%;横向平稳性指标在速度低于60 km/h时,其对平稳性指标有减小作用。浮置板系统中,磨耗车轮的存在会加剧车体垂向振动,这种现象在列车高速行驶时表现更突出。地铁车辆通过轨道时的垂向振动加速度频率主要集中在低频区段的0～10 Hz,横向振动加速度频率区段主要集中在0～30 Hz。地铁车辆通过存在浮置板路段且速度在48～60 km/h区间时,磨耗车轮的车体垂向平稳性指标在1.8左右,横向平稳性指标在1.1左右,数值均较低,即车体振动及横向运动较小,平稳性较好。     

关于轨道临界横向抗力标准的建议

“轨道临界横向抗力标准”是一个评价轨道强度的新概念，我国尚未开发这方面的深入研究。本文在评述外国经验的基础上，对如何评估我国轨道横向抗力提出了建议。