轻型跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标分析

在总结跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标研究成果的基础上,分析了庞巴迪公司轻型跨坐式单轨车辆的特点,初步论证了轻型跨坐式单轨车辆动力学性能评价指标的适用性,探讨了车辆的直线稳定性能和平稳性能,重点分析了稳定轮倾覆系数、走行轮倾覆系数、导向轮径向力、车辆侧滚角等曲线通过性能指标,结果表明庞巴迪轻型跨坐式单轨车辆具有良好的动力学性能.     

轮胎式轨道交通车辆动力学研究现状与挑战

总结了几种典型轮胎式轨道交通车辆动力学问题的研究现状,包括跨坐式单轨车辆、悬挂式单轨车辆、胶轮路轨车辆、胶轮有轨电车和虚拟轨道车辆,探讨了轮胎式轨道交通车辆动力学未来的研究内容。研究结果表明:跨坐式单轨车辆动力学研究集中于抗侧倾稳定性、曲线通过性能和车-桥耦合振动,根据跨坐式单轨车辆抗侧倾稳定性变化规律提出的临界侧滚角理论阐明了稳定轮和导向轮预压力的设置原则,给出了稳定轮和导向轮预压力与运行舒适度、曲线限速之间的联系,跨坐式单轨车辆提速的关键是开发性能更优的轮胎,并控制由于运行速度提高所引起的振动恶化;悬挂式单轨车辆动力学研究集中于车辆运行性能和车-桥耦合振动,其倾摆特性和横风引起的倾摆稳定性是悬挂式单轨车辆的特有动力学问题,由于车-桥耦合振动引起的钢质轨道梁低频噪声是有待研究的问题;胶轮路轨车辆在国内的研究刚刚起步,现阶段的主要问题是改善车辆的横向平稳性;胶轮有轨电车动力学研究集中于车辆运行性能和导向轮/轨关系,研究难点在于阐明其导向稳定性的机理和影响因素;作为一种新型轨道交通车辆,虚拟轨道车辆提出了许多新的动力学研究问题,包括循迹控制、机械架构与循迹控制策略的匹配性、纵向力分配、分布式驱动等,或将成为轮胎式轨道交通车辆动力学研究的新热点。      

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.     

抗侧滚扭杆对出防风明洞列车安全性影响研究

针对高速列车驶出兰新第二双线特有防风明洞工程时存在突变气动载荷,探讨了抗侧滚扭杆对国内某型高速列车抗倾覆安全性的影响.采用日本Yu Hibino详细解析式方法,针对国内某型高速列车建立其车辆倾覆受力及倾覆力学模型,对车速、风速和风向角变化时,抗侧滚扭杆对该型高速列车的倾覆系数和侧滚角等的影响进行了计算研究.分析结果表明:抗侧滚扭杆有效改善了该型高速列车的抗倾覆性能.增设抗侧滚扭杆后,车辆倾覆系数降低约10%,侧滚角降低约75%.     

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。     

跨座式单轨车辆走行轮偏磨损因子模型研究

走行轮胎偏磨损导致换胎频繁是影响跨座式单轨交通运营成本的重要因素之一. 为快速评估不同单轨车辆设计方案的走行轮胎偏磨损状态,采用因子分析方法分析了影响走行轮偏磨损的10个评价指标,建立了走行轮胎偏磨损因子模型,提出了依据走行轮胎偏磨损因子得分高低评价车辆设计方案优劣的方法. 研究结果发现:影响走行轮胎偏磨损的因子得分排序依次为走行轮纵横向参数因子、导向轮轴距因子、走行轮垂向刚度因子和导向轮垂距因子;建立的走行轮偏磨损因子模型和偏磨损因子得分公式能快速评估不同单轨车辆结构设计方案下的走行轮胎偏磨损状态,从而为跨座式单轨车辆转向架开发设计提供了一种有效的优化设计方法.      

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。     

悬挂参数对直线电机跨座式单轨车辆气隙稳定性和运行平稳性影响

胶轮驱动的跨座式单轨车辆在冰雪天运行时走行轮易打滑,影响车辆安全行驶.为解决该问题,设计了直线电机驱动跨座式单轨车辆方案,建立了直线电机跨座式单轨车辆动力学模型,分析了不同悬挂参数下车辆的气隙稳定性和运行平稳性.结果 表明:支撑轮刚度和橡胶弹簧刚度对电机气隙影响很大,但支撑轮刚度和橡胶弹簧刚度对车辆运行平稳性影响很小.     

铁道客车悬挂系统柔度特性

建立了装备空气弹簧的车辆系统数学模型,推导了悬挂系统柔度系数计算公式,分析了悬挂参数对车辆柔度系数的影响规律。设计了重锤法、角度测量法和加速度测量法测定悬挂系统柔度系数。利用重锤法对某车辆进行测试,分析不同载质量和外轨超高工况下的动、拖车柔度系数分布。理论计算结果表明：提高悬挂系统刚度,增大悬挂系统横向跨距,降低车体和构架的重心高度均可减小柔度系数,从而可提高车辆的抗倾覆性能。试验结果表明：拖车柔度系数大于动车柔度系数,空载时相差0．021,重载时差异不大;重载时的柔度系数大于空载状态的柔度系数,最大相差0．109;最恶劣工况为拖车重载状态,柔度系数最大值为0．245。柔度系数随着外轨超高的增加而增大,且超高越大,柔度系数增长速度越快,因此,在大超高线路上应严格控制车辆柔度系数。试验结果验证了理论分析的可信性,且理论公式考虑的悬挂系统参数全面。     

磁流变耦合轮对车辆的超高速曲线通过性能

为了探讨磁流变耦合轮对车辆的动力学性能和超高速运行的可行性,基于磁流变双粘度本构关系,建立了具有抗蛇行运动减振器的磁流变耦合轮对整车曲线通过模型．研究表明：当磁流变屈服应力较小时,车辆具有较高的临界速度,但车轮和钢轨在曲线上易出现两点接触;在确定的车辆悬挂参数、合适的磁流变屈服应力和抗蛇行运动阻尼的条件下,抗蛇行减振器磁流变耦合轮对车辆具有较好的超高速曲线通过性能．     

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。      

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。      

跨座式单轨车辆运行阻力研究

为了研究跨座式单轨车辆运行中力与加速度的相互关系,即研究单轨车辆的运动方程,基于汽车行驶阻力和列车运行阻力两种计算模式相结合的研究方法,对跨座式单轨车辆运行时的主要阻力进行探究．推导出了跨座式单轨车辆在不同线路中运行阻力的理论公式,基于SIMPACK建立了曲线附件阻力的理论公式,提出了加速附加阻力公式．     

跨座式单轨列车走行轮轮胎的不均匀磨损

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能，在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型；结合走行轮磨损特性评价指标，建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法，该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量，通过探索走行轮轮胎侧偏角、侧倾角及其组合对走行轮轮胎磨损与不均匀磨损的影响对车辆二系悬挂参数进行优化，减轻走行轮轮胎磨损. 研究结果表明:优选前，转向架（以前转向架为例）中前、后排走行轮轮胎侧偏角分别为0.5°、0.3°、?0.4°、?0.2°；优选后，转向架中前、后走行轮轮胎侧偏角为0.2°、0.2°、?0.2°、?0.2°；车辆结构参数中二系悬挂横向刚度、垂向刚度对走行轮各轮胎不均匀磨损的影响较大，且选取合适的参数值在一定程度上能够减轻走行轮各轮胎不均匀磨损.      

车辆动力学仿真中评判脱轨的直接方法

根据轮轨空间动态耦合关系 ,提出了一种根据轮轨接触点位置进行脱轨评定的直接方法 ,可用于对机车车辆动力学安全性分析评价。阐述了通过轮轨接触点进行脱轨评判的原理和采用此方法的优点。作为例子 ,运用货车 -轨道空间耦合模型 ,对 C62 A货车曲线通过进行了脱轨仿真计算。仿真结果表明 ,在仿真计算时采用此方法非常行之有效 ,评判直观、可靠     

曲线轨道上重载货车悬挂相对位移的仿真计算方法及应用

为准确求解曲线轨道上重载货车悬挂的相对位移,首先,建立曲线轨道数学模型,推导出曲线外轨超高、顺坡角、侧滚角和中心角随线路长度的变化公式,再根据车辆各刚体部件进出曲线的时间和所处曲线位置差异,编程计算悬挂点刚体间的超高及转角差;其次,以刚体质心为坐标原点建立本体坐标系,分别给出悬挂点在两刚体本体坐标系中的坐标表达式,通过坐标变换法将本体坐标转换到同一坐标系下,计算悬挂点瞬态相对位移;最后,结合车辆曲线动力学仿真程序计算,即可求出车辆曲线通过时各悬挂点的动态相对位移.计算结果表明：车辆悬挂相对位移是车辆参数和曲线轨道参数综合作用的结果,当单独不计线路侧滚角差、顺坡角差、中心角差时,对应悬挂相对位移的最大偏差率可达42.85%、24.03%、71.42%;利用坐标变换结合动力学仿真计算的方法可全面考虑车辆和轨道参数,求解车辆悬挂相对位移更为准确.     

某越野车导向机构对侧倾的影响分析

基于ADAMS/car软件建立某硬派越野车的前悬架、后悬架及整车模型试验台,用实验与理论计算的方法验证了模型正确性。在此模型基础上,通过修改模型某些硬点坐标,用稳态回转的控制文件对模型进行仿真,研究前悬架和后悬架导向机构的安装位置对整车侧倾性能的影响,并通过定性和定量分析,得出仿真结果出现的原因,为越野车做进一步的性能改善提供了依据。     

基于车辆-移动轨道耦合模型的列车碰撞爬车行为

为了揭示车辆参数对列车碰撞爬车行为的影响规律,首先基于车轨耦合的基本思路,建立车辆模型和移动轨道模型,用非线性轮轨接触模型耦合车辆模型和移动轨道模型;非线性钩缓装置模型用于连接相邻的两个车辆模型;然后通过模拟两同型列车低速正面碰撞,获得了不同参数情况下车辆和轨道的动态响应;最后用车轮抬升量作为车辆碰撞爬车指标,分析了车轮抬升量对碰撞速度、车体质心高度和二系垂向刚度的灵敏度和相对灵敏度. 结果表明:在其他条件不变的情况下,当碰撞速度增大至27 km/h时,车轮抬升量陡增至36.5 mm;质心高度增大20%时,车轮抬升量增加41%;二系垂向刚度增大20%时,车轮抬升量减小16.6%;车轮抬升量随碰撞速度和质心高度的增大而增大,而随着二系垂向刚度的增大而减小;车轮抬升量对碰撞速度的灵敏度是非线性的;质心高度和二系垂向刚度的相对灵敏度分别为205%和?83%.