单轨车辆参数对轮胎磨损的影响及优化研究

跨座式单轨车辆的特殊结构使单轨车辆曲线运行中走行轮磨损严重。从单轨车辆动力特性角度,建立了具有三向附着接触对的跨座式单轨列车空间耦合动力学模型,动力学模型仿真结果与实车相关测试数据具有较好的一致性。基于建立的耦合动力学模型,分析了车辆在曲线通过时,单轨车辆悬架参数、结构参数对单轨车辆走行轮胎磨损的间接影响,探索了单轨车辆悬架、结构参数对轮胎磨损的影响趋势,以单轨车辆曲线通过时,走行轮所受侧偏力为目标函数,对单轨车辆悬架参数、转向架结构参数进行优化,优化结果表明:单轨车辆中央悬挂参数对于侧偏力数值影响较小,但通过悬挂参数优化能有效缩短车辆曲线响应时间,转向架走行轮定距参数对侧偏力的影响较大。     

基于降低走行轮偏磨损的单轨车辆结构参数优化研究

针对跨座式单轨车辆走行轮偏磨损严重问题,建立了具有三向附着接触对的跨座式单轨车辆空间耦合动力学模型,以单轨车辆走行轮至转向架结构中心距、导向轮与稳定轮定距作为设计变量,确定了使车辆具有良好通行性和运行稳定性的约束条件,建立了以与走行轮偏磨损成正比的走行轮侧倾角和侧偏角为双目标的优化数学模型。以第二代非劣排序遗传算法为优化方法,在单轨车辆曲线通过工况下,进行了以降低走行轮偏磨损为目的的双目标优化研究,并从参数优化匹配角度,提出了抑制走行轮偏磨损的控制方法。优化结果表明:在满足给定约束条件下,当单轨车辆走行轮至转向架结构中心距、导向轮及稳定轮定距等参数达到最优解时,各走行轮侧倾角、侧偏角及侧偏力均有一定幅度的下降,从而改善了走行轮偏磨损情况。     

跨坐式单轨车辆的横向平稳性研究

为减小转向架相对轨道梁的摇头角,在车辆通过曲线时,跨坐式单轨车辆的辅助导向装置的输出力矩与二系悬挂摇头力矩相互抵消,直接影响车辆运行的横向平稳性。通过动力学仿真,分析车辆运行速度,以及辅助导向装置油气弹簧预压力对转向架和车体的横向振动加速度功率谱密度影响,确定不同预压力下油气弹簧对横向平稳性的影响。仿真结果表明：横向平稳性处于优秀等级,受车速影响较大,受油气弹簧预压力的不利影响较小;随着油气弹簧预压力增加,横向振动功率谱密度的谱值均略有增加,但影响较小。     

基于有限元梁轨枕的轮轨高频振动模型

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-轨道垂向耦合模型,轨枕采用有限元梁模型.在轮对扁疤初速度激励模型和位移激励模型下,计算车辆轨道系统的振动响应,并与轨枕集中质量模型仿真结果进行比较.结果表明,轨枕模型的选取对轮轨力影响较小,但轨枕有限元梁模型可以反映沿轨枕长度方向在不同时刻的振动响应,而且计算出轨枕振动的速度分布可为轨道系统辐射噪声计算提供振动数据.     

机械差速器耦合轮对轨道车辆导向性能分析

将对称式机械差速器应用于独立旋转轮对轨道车辆,作为左右车轮差速运行的被动控制装置。在动力学分析的基础上建立机械差速器耦合轮对轨道车辆模型和对比模型,包括刚性轮对车辆和独立旋转轮对轨道车辆模型。通过仿真计算,对比研究了机械差速器耦合轮对轨道车辆和另外两种车辆在曲线和直线上的导向性能,曲线通过安全性及轮轨磨耗性能。研究结果表明,在机械差速器的耦合作用下,独立旋转轮对恢复了纵向蠕滑力和直线上运行的复位对中能力,解决了独立旋转轮对车辆导向能力较差的问题。同时,和刚性轮对车辆相比,机械差速器耦合轮对轨道车辆在通过小半径曲线时,有更好的安全性、导向性能和轮轨磨耗性能。但由于纵向蠕滑力不足,在中等半径的曲线上,机械差速器耦合轮对轨道车辆的动力学性能比刚性轮对车辆稍差。总的来看,机械差速轨道车辆解决了独立旋转轮对车辆的导向及安全性问题,并且在极小半径的曲线上运行时有较好的动力学性能,这种特性有利于其在城市地面轨道交通中应用。     

横向风载作用下跨座式单轨车辆动力响应研究

横向风载是跨座式单轨车辆系统主要外部激扰源之一。基于多体动力学理论,考虑了轮胎的力学非线性特性,建立了具有38个自由度的跨座式单轨车辆系统动力学模型。以横向脉动风载及美国六级谱轨道不平顺作为系统外部激励输入,开展了在不同风速工况下跨座式单轨车辆运行安全性、平稳性研究。结果表明:车辆动态响应结果随速度的增加而不断增强。当风速达到20m/s时,车辆轮重减载率较高,建议车辆降速或暂停运营。在风速小于15m/s时,跨座式单轨车辆可正常安全运行。横向脉动风载作用下的车辆动态响应的最大值,相对于稳定风载大约会增加(5～12)%。     

跨座式单轨车辆小半径曲线通过性能分析

基于多体动力学理论建立38自由度跨座式单轨列车系统动力学模型;给出了线路参数方程及车辆动力学方程,分析了缓和曲线长度、圆曲线半径等参数对跨座式单轨车辆曲线通过性的影响。结果表明:在一定范围内,车体侧滚角、轮重减载率、走行轮侧偏角、导向轮径向力等指标峰值均随缓和曲线长度,圆曲线长度的增加而明显降幅,车辆曲线通过性能增强,安全性和平稳性提高。     

跨座式单轨刚柔耦合动力学等效计算研究

轮轨刚柔耦合动力学是车辆动力学及有限元研究的基础,跨座式单轨轨道的刚度较小及受力较大,相比车体更加适合做柔性化处理,但是由于跨座式单轨轨道梁的大尺寸使得计算难度较大,其刚柔耦合动力学的成果较少。针对柔性轨道的跨座式单轨刚柔耦合动力学,采用等效原理将轨道梁的动态受压变形化为车辆轮轴所受的外力,并构建了轮轨耦合动力学方程,建立了基于迭代方法的轨道梁有限元模型及车辆动力学模型,将计算结果与实车试验数据比较,验证了迭代的收敛性及准确性。结果表明：采用等效力及迭代方法可以有效的计算跨座式单轨刚柔耦合动力学。     

跨坐式单轨车辆辅助导向装置的输出特性

单轨车辆的走行部径向通过曲线时可以减小走行轮的磨耗和导向轮的载荷。以跨坐式单轨车辆辅助导向装置的几何关系和油气弹簧的力学特性为出发点，推导辅助导向装置产生力矩与转向架和车体之间摇头角度的解析关系。建立有辅助导向装置时车辆稳态曲线通过的力学模型，分析辅助导向装置能够使转向架在圆曲线上处于径向位置的条件，并利用多刚体动力学软件建立跨坐式单轨车辆的稳态曲线通过验证模型。通过理论分析和模型仿真计算发现，当合理油压弹簧预压力选择合适的数值时，辅助导向装置的输出力矩与二系悬挂的回转力矩相互抵消，走行部的摇头角接近零，能够使转向架在圆曲线上处于径向位置，并有效缓解走行轮与导向轮的磨耗。     

车路耦合振动中Galerkin截断收敛阶数的研究

Galerkin截断法是研究车路耦合系统动力学响应的常用方法.将路面假设为非线性黏弹性地基夹层梁模型,车辆假设为匀速运动的弹簧振子,建立车路耦合系统的振动方程.基于路面线性固有频率,提出两种确定Galerkin截断收敛项的有效方案,并分析系统耦合振动响应的收敛性.观察不同车速下的路面响应和车辆振动位移.当车身发生共振时,分析不同路面厚度下Galerkin截断数对系统收敛性的影响.讨论系统达到收敛时,车辆悬架刚度和阻尼,路面不平度波长和幅值对路面变形和车辆振动位移的影响.数值研究表明,提出的方案对车路耦合系统的收敛性判断具有较高的准确性,大大提高了计算效率,对研究人员解决车路耦合系统动力学问题有一定的促进作用.     

接触刚度对高速列车轮轨接触动力学时变特性的影响及其机制

以CRH3型高速列车头车与标准CHN60型轨道为研究对象,利用动力学软件RecurDyn建立车辆-轨道耦合动力学模型;采用弹簧阻尼模型定义轮轨接触关系,跟踪检测服役列车不同运行里程下的车轮粗糙度,根据相关文献的轮轨接触刚度计算结果,对高速轮轨滚动接触动力学性能进行研究,并取该头车的后转向架二位轮对处结果进行数据分析。计算结果表明:随着高速列车运行里程的增加,车轮表面粗糙度减小,使得轮轨接触刚度增大;轮轨横向力随着运行里程的增加先减小后增大,其频率主要分布在10 Hz以下的低频段;轮轨垂向力随着运行里程的增加而增加,并在5、10、28 Hz附近有比较明显的主频率段;轮轨纵向力主要由切向蠕滑力的纵向分量构成,与轮轨垂向力在时域分布和频域分布上均非常相似。     

城市轨道交通车轮振动声辐射特性

轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的主要声源之一。目前使用的城市轨道交通车轮有多种型式,系统性地比较各种车轮的振动声辐射特性,研究不同参数对车轮振动声辐射的影响。通过数值方法,对五种城市轨道交通车轮的辐射声功率,进行详细比较分析。结果表明,在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,适当增大辐板厚度和减小车轮的直径,对降低车轮振动声辐射均有积极作用;斜曲型辐板和双S型辐板车轮的振动声辐射水平相当,而直型辐板车轮的振动声辐射水平最低,相比其他两种类型辐板车轮,其总辐射声功率级小8 dB左右。相关计算结果将为城市轨道交通低噪声车轮的设计和选型提供理论参考。     

十自由度车-轨耦合仿真分析

文章以十自由度车轨耦合模型为例,探究由轨道不平顺所导致车-轨耦合垂向振动的问题,由功率谱密度计算确定了轨道不平顺并以此作为激励源,计算分析车辆与轨道之间的垂向耦合振动响应.通过MATLAB仿真结果图分析得出,轨下的高底不平顺主要影响的是构架和轮对的振动频率,对车体的影响并不大,因此要减轻车-轨系统的振动主要从一系悬挂和...     

人-椅8自由度车辆系统的平顺性和稳定性研究

文中在Matlab/Simulink中搭建了人-椅8自由度车辆系统仿真模型,在仿真分析时考虑汽车前、后轮之间的延迟性,以路面随机信号作为输入激励,研究了汽车平顺性的时频特性,且分别通过4个轮胎的输入激励研究了汽车的稳定性.研究结果表明:路面输入为随机信号时,车身垂直加速度,车身俯仰角加速度,人-椅垂直加速度,前、后悬架...     

轮对扁疤对高速列车转向架振动特性的影响

为准确预测高速列车轮对擦伤对车辆性能的影响,基于车轨耦合动力学和非赫兹接触理论,对新旧两种轮对扁疤的几何外形进行数值描述,建立了考虑轮对扁疤的高速列车动力学模型,分析了轮对扁疤激扰对车辆走行部的影响。结果表明,旧扁疤对走行部冲击要大于新扁疤,随着扁疤尺寸的增大,走行部各部件受到的冲击载荷与振动加速度逐渐增大;随着速度增大,轮轨间垂向冲击先增大、后减少;当扁疤长度为10mm,速度为100km/h 时,轮轨垂向力达到最大值;随着速度增加,走行部簧下部件与簧上部件的振动特性差异不断加大。以轮轨垂向力为判断标准时,轮对扁疤尺寸应限制在30mm以内。     

车轮非圆化磨耗对机车轮轨系统动态响应的影响

对频繁发生振动报警问题和运营正常的某型号电力机车分别进行车轮非圆化磨耗测试，对比分析运营正常和发生异常振动报警车轮的非圆化磨耗特征。测试结果表明：运营正常的机车车轮非圆化磨耗形式主要以低阶为主，而频繁发生振动报警的机车车轮非圆化磨耗除低阶磨耗外，还存在明显的16~25阶非圆化磨耗，这是造成机车异常振动的根本原因。建立机车车辆-有砟轨道耦合动力学模型，研究车轮非圆化磨耗对轮轨动态相互作用的影响，系统地调查分析轮轨动态相互作用随车轮非圆化磨耗特征的变化规律。结果表明：严重的车轮非圆化磨耗会加剧轮轨动态冲击作用，轮轨系统动力学响应随非圆化磨耗幅值的增大而增大，但随非圆化磨耗阶次的增长而呈非线性变化趋势。     

铁路客车车轮振动与声辐射特性分析

车轮是铁路客车上重要的声辐射部件。客车运行时,轮轨表面粗糙度使车轮产生振动及辐射噪声。利用有限元软件ABAQUS建立车轮的有限元模型,并计算0~10000 Hz内车轮的固有模态及振型。在车轮名义接触点施加单位力,采用模态叠加法,对车轮的频率响应函数进行分析。将车轮的频率响应作为边界条件,利用直接边界元法对其进行声辐射特性分析。     

车轮踏面不圆顺对高速列车轮轨界面黏着与车轮表面损伤的影响

在JD-DRCF/M型滚动接触疲劳/磨损试验台上开展了有/无偏心车轮配副的轮轨滚滑接触摩擦学试验,对比分析了一阶不圆顺车轮和正常圆顺车轮对轮轨界面黏着、车轮表面损伤与滚动接触疲劳特性的影响。结果表明：车轮不圆顺会显著减小轮轨间黏着系数,湿态下不圆顺车轮的轮轨黏着系数不足0.2,影响列车安全运行和牵引效果;车轮不圆顺明显加剧了钢轨磨耗,同时导致车轮沿周向的表面损伤表现出显著差异。具体来说,凸起侧附近疲劳剥落和撕裂断口特征最为明显;迎向凸起侧较背向凸起侧表面剥落更严重、疲劳裂纹扩展角更大;迎向凸起侧表面点蚀现象相对明显,背向凸起侧车轮表面黏着层堆积严重;此外,随着车轮滚动半径rθ由最小值到最大值再到最小值循环变化,不圆顺车轮沿周向的表面粗糙度、表面硬度和塑性变形层厚度大致均呈先逐渐增加、经过凸起侧附近后又逐渐下降的趋势。     

基于路面一致激励车桥耦合非平稳随机振动分析

基于路面不平顺一致输入激励,采用虚拟激励法研究车辆变速行驶三维车桥耦合非平稳随机振动响应。首先,将桥梁离散为板-壳实体单元,车辆简化为三维九自由度体系,考虑路面输入激励的多点不相干,将路面不平顺引起的荷载等效为虚拟激励荷载,建立三维车-桥耦合非平稳随机振动模型;然后,运用精细积分格式迭代求解,与Monte-Carlo法计算结果对比验证模型的正确性;最后,以某高速公路梁桥为背景,研究车辆匀加速行驶在B级桥面桥梁各点动响应。结果表明:笔者提出的计算模型及算法正确可行;相同路面激励引起的跨中位移和加速度响应峰值大小取决于瞬时最大车速;车辆变速行驶比匀速行驶具有更宽的共振频率区间,跨中位移和加速度最大值随车速呈现先快后缓的增长趋势。     

弹性车轮对地铁直线段轨道减振特性研究

为了评估弹性车轮在地铁直线电机线路的减振效果,结合试验与仿真分别对直线段正常工况与极端工况下弹性车轮减振特性进行研究。现场试验获取了直线段正常工况下轨道和隧道壁的振动水平,试验结果表明,弹性车轮对正常工况下的直线轨道系统的振动有一定的抑制作用,减振量可达2~3dB,同时对车轮多边形冲击振动有明显的减振效果。为了进一步探究对轨道存在钢轨波浪形磨耗或钢轨焊接接头几何缺陷的极端工况下弹性车轮的减振效果,建立车辆-轨道耦合动力学模型,将弹性轮对解耦为轮芯、左轮辋和右轮辋,采用6个自由度建模,轮芯与轮辋间通过弹性橡胶层耦合连接。模拟弹性车轮通过有波磨和焊接接头的钢轨时的振动特性,其数值仿真结果表明,在极端工况下,弹性车轮减振效果可达4~7dB,弹性车轮减振效果随着车辆速度的增加更加显著。