基于合理边界的更高速动车组多专业设计优化

考虑到非光滑与大位移两大非线性影响,作为大型复杂非线性系统的更高速动车组多专业设计优化需回归到合理的轮轨匹配边界条件。文章结合国内外高铁运维实践特殊性,以德国ICE3系列转向架为基础,提出更高速动车组转向架自适应改进方案,并针对该方案下的车体不稳定问题提出半主动车减振技术;通过构建三车组列车多体动力学仿真模型,验证了仅凭半主动车间减振技术即可解决车体不稳定问题;在不同工况下,验证更高速动车组转向架对轨道线路的适应性。结果表明:钢轨专业具备实施低锥度均匀磨耗策略的能力;车辆专业可改善对中央凹陷踏面磨耗的自清理能力;客运专业通过最优交路规划,有条件满足经济镟修要求。     

高速磁浮列车线路匹配动力学性能分析

线路匹配性能是指高速轨道车辆与不同线型缓和曲线之间相互动力作用所决定的匹配性能。为了研究高速磁浮车辆的线路匹配性能，进行了1列3车车组曲线通过性能仿真分析。与轮轨导向不同，高速磁浮导向是在主动导向控制下电磁导向力使整个走行部准确地沿轨道中心线无接触悬浮运行。为了消除传统曲线计算公式存在的误差以满足磁浮线路的高精度和连续光滑要求，利用基于样条函数技术的新方法设计了如下两种线形缓和曲线：正弦形和圆整基本线形。1列3车车组的曲线通过性能仿真对比表明：根据高速磁浮导向原理，当有超高限速曲线通过时，正弦形缓和曲线具有优越的线路匹配性能；而圆整基本线形（仍属于三次抛物线）则不具备良好的线路匹配性能；当无超高曲线通过时两者匹配性能相当。     

新型D35钳夹车导向方式与轮轨安全性对策

为了分析新型D35钳夹车重载长联挂的横向稳定性,利用模板建模技术建立了D35刚柔耦合整车模型.对于专用线路,多种曲线工况仿真分析表明：轮轨安全性（如减载率）是与导向方式相关的,如内导向R180 m曲线通过应当要求20～50 mm超高;而外导向R150 m曲线通过时则应当尽量降低顺坡率.新型D35联挂改进设计是合理的,因为车耳球铰改为车耳铰销联结后,利用钳夹梁的侧扭刚度来减小安全销相对横向位移,进而保障压柱油缸球面座的摩擦稳定性.     

高铁车辆的侧风扰动安全性探讨

从控制高铁运用安全风险角度出发,根据轨道车辆行业惯例,将曲线横风作为准静态风荷验证工况,按照强制性技术要求,把直线或大曲线通过车轮减载率控制在0.6以内.随着大超高曲线通过车速的提高,车体抗倾覆能力不断降低,特别是400 km/h轨道检测列车,在曲线横风下高速运行非常危险.根据诸如高架线路等具体情况,尽快给出风荷特性曲线以指导高铁运用安全监管.同时,也应当采用诸如风洞或水箱等先进试验手段,着重研究横向风荷的非稳态摄动影响,如隧道通过空气压力波动,以及驶离隧道时尾流扰动等,为解决高速列车稳定鲁棒性问题提供先决条件.     

高铁运用安全的三大技术局限性

从当前高铁运用问题来看,高速转向架存在三大非线性,即拖车构架点头迟滞非线性、抗蛇行动态刚度非线性和非线性稳定性.在充分认识上述三大非线性的基础上,应用抗蛇行频带吸能新理论,提出了最佳安全稳定裕度调控技术对策,以进一步协调高铁运用安全性与经济性之间的矛盾.在“重返”350 km/h高铁运营的技术准备中,应当对如下三大技术局限性给予充分重视,即商业运营速度、振动疲劳和曲线横风,特别是曲线横风应当作为一项当前十分急迫的计算流体动力学CFD科研任务.     

轮轨匹配对高速动车组动力学性能的影响

基于阿尔斯通公司和长春轨道客车股份有限公司提供的CRH5动车组CA250转向架及车体模型、基本结构参数及仿真报告,利用多体动力学仿真软件ADAMS(RAIL/VIEW模块)建立转向架及整车动力学仿真模型.首先对中国车轮踏面LM和LMA、欧洲车轮踏面S1002、应用在TGVA和KTX(韩国TGV)上的特殊车轮踏面XP55与UIC60 kg轨面匹配分别进行等效锥度计算和对比,然后根据线性及非线性临界速度分析方法对拖车(满载)进行横向稳定性仿真分析,最后进行了不同轮轨匹配状况下的曲线通过性能仿真.重点分析不同匹配参数及轮对定位方式对整车动力学性能的影响.     

复杂六连杆机构的虚拟电拖系统研究

运用符号数学工具,实现多刚体动力学系统建模计算机化,并在MatLab/SimuLink的系统函数中,进行(机电)多专业领域的系统集成,建立虚拟样机模拟模型.研究结果证明:这一技术实现方法是可行的,特别是离散模拟模型,在诸如加载等事件发生的情况下,其平衡状态的收敛性是非常理想的.     

高速磁浮车小半径曲线通过仿真分析

为了分析国产化高速磁浮车辆的试验线路运行性能,开展了小半径曲线通过性能动态仿真研究.根据走行部主要结构参数,初步分析计算了曲线通过时车体与走行部间的几何关系和受力.利用多体动力学及系统分析的协同平台,建立模块化组装的整车动力学与控制模型,并进行R=400m曲线通过仿真.从分析值与仿真值对比和动车组的多种工况仿真分析来看,模型及仿真结果是基本准确的.     

基于3种典型踏面的高速转向架稳定性研究

在分析高速轮轨匹配特征的基础上,以350 km.h-1速度等级的CRH3动车组作为研究对象,应用线性稳定性分析方法绘制高速轮轨空间的稳定安全裕度3维图。线性稳定性计算表明:等效锥度越大,转向架蛇行振动固有频率越高,因而必须不断增强抗蛇行减振器的串联刚度。非线性稳定性仿真计算表明:抗蛇行减振器需要利用其动态液压刚度的非线性形成宽频带吸能特性,以满足衰减蛇行振动、控制蛇行振幅和权衡准静态曲线通过性能等要求。仿真计算得出的动车转向架横向加速度值与实际测试的加速度值相吻合。根据曲线踏面磨耗情况确定了CRH3动车组选用3个典型车轮踏面(XP55,S1002CN和LMA)可以达到的最高商业运营速度。