组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响

为了研究各种轮径差组合形式对地铁车辆动力学性能的影响,基于车辆系统动力学和赫兹非线性接触理论,建立地铁动车非线性动力学模型,分析各种轮径差组合工况下地铁车辆的临界速度、平稳性、安全性和磨耗功率及其变化规律。结果表明:在多种轮径差组合工况下,轮径差增大会使地铁车辆的临界速度有较大幅度降低,会使地铁车辆的横向平稳性和磨耗功率明显增大;轮径差对地铁车辆的垂向平稳性、轮轴横向力、轮轨垂向力、脱轨系数和轮重减载率影响较小;通过左、右曲线时,轮径差对磨耗功率增幅的影响存在差异,但变化规律一致。     

轮径差对高速列车性能的影响

利用轮轨接触几何算法研究不同轮径差下的静态轮轨几何接触关系,分析轮径差对轮对等效锥度的影响.根据我国某高速列车性能参数建立车辆系统动力学模型,分析高速车辆轮对的轮径差的改变对直线运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能的影响.结果表明,相比转向架轮对轮径差反相分布的情况,转向架轮对轮径差同相分布时车辆的临界速度较低,稳定性、平稳性较差,轮对偏离轨道中心线较大;轮径差反相分布时轮对过曲线时冲角、平均磨耗功和轮轨横向力较大.     

基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

扭曲线路下A型地铁车辆安全性分析

为了研究轨道扭曲对A型地铁车辆动力性能的影响规律,本文利用多体动力学软件对标准120 km/h速度级A型地铁车辆进行动力学建模.基于多体动力学原理和轮轨接触理论,运用SIMPACK和MATLAB软件联合仿真,对不同参数下车辆临界速度和系统模态进行分析.在轨道扭曲线路条件下,对考虑不同轮轨匹配的车辆脱轨安全性进行校核;另外,为防止车辆运行中出现爬轨安全性问题,计算了轮重减载率和转向架回转阻尼系数以校核车辆爬轨安全性.计算结果表明:新轮状态下,轮轨黏着系数越高车辆运行稳定性越好,车辆参数对系统振动模态影响明显;扭曲线路工况下,车辆安全性能校核结果良好,且其校核方法为轨道车辆在此类恶劣线路下的安全性能校核提供了依据.     

地铁车轮凹形磨耗对轮轨接触及动力学性能的影响

对某地铁线路的车轮磨耗进行测试,发现车轮存在严重的踏面凹形磨耗.利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学仿真模型,研究凹形磨耗车轮与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触特性以及车辆动力学性能,采用基于安定图的表面疲劳指数评价轮轨滚动接触疲劳特性.计算结果表明,车轮凹形磨耗使轮轨接触点对由连续分布变得分散集中,增大了滚动圆半径差和等效锥度,会降低车辆的非线性临界速度,但提升了车辆的曲线通过性能以及横向平稳性,对垂向平稳性几乎没有影响.凹形磨耗的发展增大了轮轨接触压力,使得R≤2000 m的曲线高轨侧车轮轮缘根部及钢轨轨距角处易产生滚动接触疲劳;R≤500 m的曲线低轨侧车轮假轮缘内侧与钢轨轨顶外侧有出现滚动接触疲劳的可能性.     

基于弹性模型的高速列车曲线通过时轮轨接触特性研究

为研究高速列车曲线通过时的轮轨接触几何关系、蠕滑性能及磨耗情况,基于我国某型高速动车组,利用有限元和多体动力学方法,考虑轮对旋转运动,建立高速列车车辆系统弹性模型,并通过数值仿真,得到高速列车曲线通过时,不同曲线参数影响下,轮轨接触点横向位置、轮轨蠕滑力以及轮轨磨耗指数等的变化规律。结果表明,相对于刚性模型,利用车辆系统弹性模型仿真能够更加真实反映轮对旋转运动时的轮轨接触状态,也更符合高速列车实际曲线通过情况。高速列车曲线通过速度和线路横向不平顺激扰幅值增大均会显著加剧轮对横向位移、轮轨接触点横向位置、轮轨横向蠕滑力等轮轨系统横向相互作用,且会加大轮轨磨耗;曲线半径和超高增大对于曲线轨道外侧轮轨磨耗影响较大,但对于轮轨系统横向相互作用影响较小。将通过速度为350km/h的7 000 m半径曲线超高设置为170 mm,可有效平衡内、外侧轮轨磨耗,列车降速通过则会加剧曲线内侧轮轨磨耗。     

地铁列车低速脱轨动态响应分析研究

为研究我国地铁车辆车场线脱轨原因,应用赫兹非线性接触理论和轮轨接触几何关系,研究了不同等效摩擦系数、曲线参数、空簧故障等对某地铁列车低速脱轨动态响应问题。结果表明,某六节连挂地铁车辆以不超过12km/h限速通过5号道岔(简化为S曲线)时,轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等指标均未超过标准限值;较小的轮轨摩擦系数能够抑制轮对爬轨的发生,通过涂油能够抑制轮对爬轨;空簧失气工况下,车辆以应急橡胶弹簧制支撑情况下,对应脱轨系数、车轴横向力等均有不同程度的增大,对曲线通过不利,应尽力避免该情况发生。     

A型地铁转向架动力学仿真及滚振试验性能研究

针对北京地铁车辆装备有限公司和西南交通大学牵引动力国家重点实验室设计的120 km/h A型地铁转向架,建立其动力学模型并计算了相关动力学性能指标,分析该转向架设计合理性;基于动力学仿真结果,进一步对该转向架在机车车辆整车滚动振动试验台上进行了滚振动力学试验,并给出车辆在空簧失气故障工况条件下运行时的合理建议.仿真计算与试验结果表明,该A型地铁车辆具有良好的蛇行运动稳定性,在美国V级直线线路上以40～120 km/h速度运行时的平稳性达到优级标准,其临界速度及运行平稳性均能够满足线路上最高运行速度120 km/h的要求,为该转向架上线提供了理论依据及试验参考.空簧失气后,车辆非线性临界速度大幅度降低,安全性指标(轮轴横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率)有所增加,而其垂向平稳性指标较原车正常工况明显增大,并且运行速度越高差距越大,若车辆在运行过程中出现空簧失气故障现象,应立即降低车辆运行速度,为保证运行品质,建议限速80 km/h.     

基于空间矢量映射的新型轮轨接触点算法

针对铁道车辆动态轮轨接触问题提出一种新的轮轨几何接触算法——空间矢量映射法。空间矢量映射法根据空间矢量映射原理和轮轨外形的基本特征,将轮轨接触视为空间曲面接触,以轨道截面为基准,以轨面宽度作为轮轨可能接触的最大范围,采用一定的接触点寻找和判定原则,准确地找到车轮在不同横移量和摇头角下的轮轨接触点。并自编一套轮轨关系软件TPLWRSim,以LMA型车轮踏面为例,分别建立轮对与轨道、轮对与滚轮和轮对与槽型轨的三维模型,仿真不同轮对姿态下的轮轨接触状态,并通过与轮轨接触几何外形和磨耗后的车轮踏面接触几何关系的对比验证算法的准确性和有效性。仿真结果表明此算法可很好解决铁道车辆的轮轨几何接触问题,能快速准确地求出轮对任意姿态下与轨道的接触点,并对不同踏面和轨道外形具有很好的适应性。     

高速动车组轮对质量对车辆动力学性能的影响

为研究高速动车组轮对质量对车辆动力学性能的影响,建立了车辆动力学仿真计算模型,并通过改变其轮对质量在原始值70%~130%范围内变化,得到对应的动力学指标,以揭示轮对质量对车辆动力学性能的影响。计算结果表明:在轮对原始质量附近,随着轮对质量的增加,车辆的临界速度明显降低;车辆的平稳性指标及轮轨垂向力、轮轨磨耗功呈上升趋势;脱轨系数呈现先上升后下降的变化趋势;轮轴横向力和轮重减载率受轮对质量影响不明显。分析结果可以为今后更高性能高速动车组的设计提供一定的理论依据。