引进美国HTCR径向转向架技术的消化、吸收、改进与创新

加装HTCR径向转向架的DF8B型机车在机车动力学性能试验中，垂向振动加速度未能达标。为此，经过多次计算分析和试验，最终确定了改变二系悬挂参数和制动单元的平衡支板间隙等措施，大幅度降低了机车垂向振动加速度，使机车在动力学补充试验中垂向振动加速度达到良好指标。在消化、吸收和改进的同时将全部技术向大功率交流传动内燃机车和SS3B型电力机车移植和创新，SS3B型电力机车方案设计通过铁道部审查。通过对所有进口件的分析、试验以及与相关单位的合作逐步实现国产化。     

重载机车垂向振动特性分析

随着重载列车运行速度和轴重的增加,列车对轮轨激扰的敏感性增强,深入研究重载机车振动特性及频率分布规律对确保重载列车的安全运行具有重要意义。基于重载机车双机牵引万吨列车线路试验,获得重载机车轴箱、构架以及车体的垂向振动加速度,分析重载机车在实际运行中各关键部件振动加速度峰值、振动频率分布和振动传递规律。研究结果表明:轨枕间距引起的垂向振动在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;从轮轴、构架到车体的传递过程中,高频振动衰减明显。     

轮对间隙对可变轨距机车动力学性能的影响研究

基于动力学仿真分析，建立了一种适用于1 435/1 520 mm轨距转换的25 t轴重变轨距转向架机车的动力学模型；重点计算了轮对周向间隙和轴向间隙（统称为轮对间隙）对轮轨相互作用的影响，分析了轮对间隙增大对机车运行性能影响，结合相关动力学指标对各项动力学性能进行评定。分析结果表明：变轨距机车考虑轮对间隙后，机车在相同运行条件下的轮轨垂向力、轮轴横向力、轮对垂向加速度和轮对横向加速度峰值略有增大，但增幅在可接受范围内；考虑轮对间隙由设计值增大到磨耗限值时，变轨距机车运行稳定性和平稳性指标略有变差，但各项指标值均在标准规定的限值范围内，表明25 t轴重变轨距机车的轮对间隙设计限值合理可行。     

抱轴式牵引电动机吊挂刚度的优化

采用多刚体动力学软件SIMPACK,在时域里建立了完整的抱轴式机车整车动力学模型,分析了牵引电动机吊挂刚度和电机点头转动惯量对电机各向振动加速度和机车动力学性能的影响。发现优化电机吊挂刚度可以改善其工作条件,特别是明显地减小电机垂向加速度,但机车整车性能几乎无变化。还比较了不同吊挂刚度电机的振动频率,指出车体振动频率低于2Hz可能是抱轴式电机吊挂刚度改变未明显影响车体振动的原因。     

径向转向架DF8B机车垂向异常振动分析

针对DF8B机车采用引进径向转向架技术后出现的垂向振动加速度超标问题,分析比较机车实测振动频率成份和悬挂系统的频率响应特性,通过对悬挂参数和转向架结构的分析,确定产生这一问题的根源在于转向架随动式制动装置的布置方式,当轮对受到线路轨缝垂向冲击激励时,该装置的摩擦副不能顺畅滑动,使一系垂向弹簧两端瞬间形成刚性连接,导致机车产生非正常垂向振动。由简化模型计算表明,在摩擦副的作用下,机车车体的垂向频率响应发生了变化,在6 Hz有一个响应峰值,这就使机车8.4 Hz的一阶垂弯振动较易激起,如果去掉该摩擦副,则试验中得到的8.4 Hz的较大响应可望消除。     

双层集装箱平车垂向振动问题试验与仿真分析

在双层集装箱平车的运行和试验中发现重车时车体垂向振动加速度超出相关规范的限值。为此从试验数据分析和刚柔耦合系统动力学仿真计算两个角度对问题进行初步研究,结果表明车载集装箱附加质量引起车体自身的高频弹性振动及垂向弯曲振动模态的改变,进而造成加速度超出规定限值。可通过优化车体结构及相关特性参数等措施来避免或减小加速度超限的问题。     

竖曲线参数对200km/h速度等级机车动力学性能的影响

文章利用多体动力学软件SIMPACK建立了200 km/h速度等级机车动力学模型,分析了两种形式竖曲线的半径对垂向加速度、轮轨垂向力和轮重减载率的影响,并且根据现行铁道机车车辆动力学性能评定规范加以评价。结果表明:随着竖曲线半径的增大,车体垂向加速度逐渐减小,并趋于平稳,竖曲线半径对轮轨垂向力和轮重减载率影响较小;考虑轨道随机不平顺时,根据车体垂向加速度判断,凸形竖曲线略好于凹形竖曲线;随着半径的变化,机车轮轨垂向力和轮重减载率变化不大,且均属优良范围。     

机车蛇行状态横向平稳性仿真研究

利用多体动力学软件建立了某四轴式机车动力学模型,计算了机车在不同频率轮对蛇行激励下的横向位移和加速度响应,计算和比较了机车在纯蛇行激励和蛇行激励叠加随机激励时的机车横向平稳性。计算结果表明:车体横向振动加速度和横向平稳性指标随着轮对蛇行频率的增加先增后减;蛇行激励叠加随机激励时车体司机室横向平稳性指标大于纯蛇行激励的工况。     

径向转向架机车的减振器端部安装刚度分析

采用仿真软件SIMPACK建立一种2C0径向转向架机车模型。在该模型中分别考虑了二系垂向减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车动力学性能,如机车平稳性、临界速度和曲线通过稳定性的影响,提出了相应的设计建议。     

重载机车横向振动自适应模糊控制技术

针对重载机车横向二系半主动悬挂系统,研究基于加速度反馈的自适应模糊控制技术。根据车体加速度及其变化率的大小,自动修改量化因子和控制规则,使模糊控制器对重载机车运行工况的变化具有自适应的能力。通过MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件联合建立了由17个自由度组成的重载机车横向振动动力学模型,并进行仿真研究。仿真结果表明:在重载机车不同运行速度下,与被动控制相比,自适应模糊半主动控制的加速度最大值改善率、加速度有效值减少率和Sperling乘坐指数提高率分别为55%~64%,55%~77%和16%~35%。由此表明,自适应模糊半主动控制能够有效减少车体振动,提高机车的乘坐舒适性和平稳性。     

半主动悬挂机车平稳性和曲线通过动力学性能仿真研究

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件分别建立二系横向和垂向半主动悬挂机车模型,分析比较了横向、垂向半主动悬挂和被动悬挂的平稳性,以及300 m曲线半径通过时的动力学性能,得出采用半主动悬挂方式可有效地提高机车的平稳性．但同时会使轮对动力学性能恶化。因此有必要对构架结构参数和悬挂系统参数作进一步优化和研究。     

D型车振动加速度性能指标的研究

以D38钳夹车的动力学试验数据和运输大型设备过程中的监测数据为依据，通过统计分析，对现行D型车的横向、垂向振动加速度的评价指标合理性进行分析验证，得出结论。现用的D型车的振动加速度评价指标是合理的，符合保证运输安全的需要。     

柔性轮对及车轮多边形对高速铁路轮轨系统动力响应的影响

基于刚柔耦合动力学理论建立柔性轮对车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，结合现场实测轴箱加速度验证了模型的可靠性。采用谐波叠加法模拟车轮多边形，对比了有无车轮多边形对轮对振动加速度的影响。在此基础上，分析了车轮多边形参数（如多边形阶次、幅值变化）对轮轨系统振动的影响。结果表明，车轮多边形将导致柔性轮对垂向加速度显著增大；与刚性轮对模型相比，柔性轮对及转向架的垂向加速度显著增大，此时多边形激振频率（674 Hz）成为影响其垂向振动的主要因素；轮对垂向加速度随多边形阶次的增加先增大再减小，当车轮多边形阶次为20阶时，轮对垂向加速度达到最大值；钢轨垂向加速度随多边形阶次的增加而增大；轮对垂向加速度、钢轨垂向加速度随多边形幅值的增大而增大。     

快速换轨车车体模态分析及结构改进

分析了快速换轨车在试验中检测出的车体垂向振动加速度超标的原因,提出了通过改变车体固有模态以避开共振频率的改进方案,并进行了试验验证。     

库尔勒HX_N5型机车扫石器故障原因分析及改进

介绍了HXN5型机车在库尔勒机务段运用情况,以及转向架扫石器故障、原因分析和初步改进方案;针对初步改进方案进行了有限元仿真分析评估。在此基础上进行了几种不同扫石器结构实车线路对比试验。试验结果表明,经过两次结构优化,扫石器动应力累计降低了10%~40%,扫石器振动加速度降低了50%~58%,说明结构改进对提高扫石器的抗振能力取得了显著的效果。旋轮前后的试验数据表明,转向架垂向振动加速度减少了50%~70%,扫石器动应力减小了5%~10%,说明车轮踏面状态对转向架振动和扫石器可靠性有显著的影响。最后介绍了库尔勒HXN5型机车扫石器最终整改方案及实施效果。     

基于IMM的车辆垂向减振器故障诊断方法研究

高速列车安全预警与状态监测方法是目前世界范围内高速铁路领域的研究重点和难点,通过建立半车垂向动力学模型,考虑车体的沉浮运动、构架的沉浮以及点头运动、轮对的沉浮运动,以车体前端的垂向振动加速度和构架前端的垂向振动加速度作为观测值,以线路的垂向不平顺作为输入,探索采用交互式多模型(IMM)方法对车辆1系、2系垂向减振器进行状态监测。结果表明:在IMM方法中,通过计算模型的概率以及参数的估计值,能够有效地诊断出1系、2系垂向减振器的故障;模型之间的马尔可夫概率转移矩阵会对估计精度产生影响,并会使估计结果产生一定的延迟。     

HXD2型6轴电力机车动力学模型研究

针对HXD2型6轴电力机车的动力学性能，建立了较为详细的6轴机车在弹性结构轨道上运行时的空间耦合动力学模型。对于机车子模型，假设车体、转向架和轮对均为刚体，各部分通过两系悬挂连接起来，形成一个多自由度质量-弹簧-阻尼系统，每个刚体均具有5个自由度，整个机车模型共有45个自由度。对于轨道模型，左右两股钢轨均视为连续弹性离散点支承基础上的无限长Euler梁，并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动；轨枕视为刚性体，并考虑轨枕的垂向、横向及转动；道床离散为刚性质量块，只考虑道床垂向振动。而对于轮轨关系模型，采用了先进的空间耦合关系模型。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

水平轮垂向刚度对跨坐式单轨车辆曲线通过性能影响的仿真分析

基于多体动力学理论,利用UM建立了跨坐式单轨车辆动力学模型.在轨道参数和车辆运行速度不变的情况下,仿真分析了不同水平轮垂向刚度下的单轨车辆曲线通过性能评价指标.仿真计算结果表明:在水平轮垂向刚度变化范围内,车体振动加速度和平稳性指标均满足国家相关标准要求,且评定等级均达优;随着水平轮垂向刚度的增大,车辆的曲线通过性能明...     

车轮多边形对车辆动力学的影响分析及在线诊断方法研究

建立了车轮多边形化的车辆轨道刚柔耦合动力学模型,为了研究车轮多边形化对车辆动力学的影响,通过提取轮轨垂向力和轴箱垂向加速度动力学指标,发现车轮高阶多边形会在轮轨接触表面产生高频冲击载荷导致轮轨作用加剧,同时还会激发出轮对和轴箱的一些振动频率而使轴箱振动加强。根据轮轨垂向力限值标准,得到了不同速度下多边形的深度阈值。针对高速列车车轮多边形化的动态特征结合大量的跟踪监测,文中提出了车轮多边形在线诊断方法:通过轴箱垂向加速度频谱在线辨别多边形阶数,定义多边形车轮轴箱垂向加速度系数λ辨识多边形深度。在线诊断的车轮多边形结果与入库检测车轮多边形结果对比,验证了该方法的有效性。