磁浮车辆/轨道系统动力学(Ⅱ) --建模与仿真

评述了磁浮车辆/轨道系统动力学建模、数值求解及动力响应分析与动力性能评价等方面的研究进展.随着磁浮列车技术逐步成熟,磁浮车辆/轨道系统动力学建模越来越细致,动力学仿真主要开展了车/桥垂向耦合作用研究、车辆曲线通过性能研究和车辆/轨道系统随机振动响应研究.为了更为真实地模拟磁浮列车系统动力响应,今后需要建立考虑磁转向架结构、悬浮导向控制系统、直线电动机和空气动力作用的耦合大系统动力学模型,寻找高效求解磁浮大系统非线性时变微分方程的数值方法,开展磁浮列车系统动力学参数优化研究、磁浮列车纵向动力学研究以及动力学仿真试验验证,并确立一套磁浮列车系统动力学性能评价标准.     

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.     

[BIM模型与智能设计]中低速磁浮系统起浮阶段的振动特性分析

为了研究电磁悬浮（EMS）中低速磁浮系统在起浮阶段的悬浮稳定性问题,建立了“车辆-电磁-轨道梁”耦合系统动力学模型。利用仿真模型分析了EMS中低速磁浮系统在起浮阶段的振动响应特性,对比分析了弹性梁与刚性梁的振动差别,仿真分析了单级悬浮控制与双级悬浮控制的效果差异。结果表明：EMS中低速磁浮列车在弹性轨道梁上起浮时,容易发生悬浮失稳的异常振动现象,原因是单级悬浮控制模式的悬浮架自激振动频率激发了弹性轨道梁的固有频率,从而诱发了车轨剧烈耦合共振;提高轨道梁刚度或采用双级悬浮控制器模式,可以缓解EMS中低速磁浮系统起浮阶段异常振动引起的悬浮失稳现象。     

中低速磁浮系统起浮阶段的振动特性分析

为了研究电磁悬浮(EMS)中低速磁浮系统在起浮阶段的悬浮稳定性问题,建立了"车辆-电磁-轨道梁"耦合系统动力学模型。利用仿真模型分析了EMS中低速磁浮系统在起浮阶段的振动响应特性,对比分析了弹性梁与刚性梁的振动差别,仿真分析了单级悬浮控制与双级悬浮控制的效果差异。结果表明:EMS中低速磁浮列车在弹性轨道梁上起浮时,容易发生悬浮失稳的异常振动现象,原因是单级悬浮控制模式的悬浮架自激振动频率激发了弹性轨道梁的固有频率,从而诱发了车轨剧烈耦合共振;提高轨道梁刚度或采用双级悬浮控制器模式,可以缓解EMS中低速磁浮系统起浮阶段异常振动引起的悬浮失稳现象。     

磁浮轨排铺设装备-轨排轨道梁耦合动力学分析

磁浮轨排铺设装备是用于中低速磁浮轨道铺设施工的一种设备.针对磁浮轨排铺设装备在轨排轨道梁上行驶时的耦合动力学问题进行了研究.对磁浮轨排铺设装备-轨排轨道梁耦合动力学模型进行了分析,建立了整个系统的动力学方程,以德国高干扰轨道不平顺谱模拟轨排不平顺谱作为激励,分别运用数值分析和联合仿真分析对系统耦合动力学模型进行求解.数...     

《机械工程学报》被EI收录论文目次(2005年第7期)

磁浮车辆／轨道系统动力学(I)——磁／轨相互作用及稳定性…………………………………………………翟婉明 赵春发(i) 我国制造业成本设计的理论与方法研究综述…………………………………………………………………………奉荐名(1】) 可植入式微型轴流血泵流场的数值模拟…………………………………………………………赵春章张锡文白 净(19) 基于分位数型设计准则的模糊健壮设计新方法……………………………………………………………刘春涛林志航(24) 换热器中流体及管壁温度变化关系式及其修正………………………………………………王志国…     

应用有限元方法研究铁路车辆/轨道耦合系统在竖向冲击载荷作用下的动态响应

利用有限元方法研究铁路车辆/轨道动态耦合系统问题,得到车轮和轨道之间的竖向动态接触力与静载之间的关系.作为应用实例,对我国C61型运煤货车,考虑车辆/轨道系统各结构的真实几何形状和边界条件,建立包括车辆和轨道系统的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨动态响应过程.通过分析发现,车轮和轨道之间的竖向动态接触力大约是静轮载的2倍,与已有的现场试验结果基本吻合.验证车辆/轨道系统有限元模型的正确性.进一步得到侧向架、钢轨和轨枕的加速度响应,以及轮轨接触区内的弹性应力场.     

时速160～200km中速磁浮受流系统动力学研究

为了研究中速磁浮受流器在160～200 km/h速度等级下的运行状态,使用SIMPACK软件建立自由度为134的新型中速磁浮车辆动力学模型,计算得到160 km/h、180 km/h、200 km/h三种速度工况下的车辆右前侧受流器安装位置振动响应.将振动响应作为外部激励导入受流器-供电轨(靴轨)动力学模型,分别计算出...     

重载铁路轮轨摩擦改进剂作用效果仿真研究

建立了某重载货车的车辆-轨道系统动力学模型,仿真分析了在轨侧涂油、轨顶涂摩擦改进剂和全面摩擦控制三种摩擦控制模式下车辆通过具有标准廓形和磨耗后廓形钢轨的曲线时的动力学性能和磨耗特性.研究结果表明,只对高轨轨侧进行润滑会使车辆通过小半径曲线的脱轨系数和横向力增大,而对两侧轨顶进行摩擦控制可以减小脱轨系数和横向力,摩擦改进...     

中低速磁浮车辆侧向通过道岔动力学性能影响因素分析

为了探究中低速磁浮车辆侧向通过道岔时动力学性能的影响因素,采用UM软件建立了中低速磁浮车辆-侧向位道岔耦合动力学模型,车辆动力学模型中详细考虑了支承台、迫导向机构、电磁铁横向滑橇以及主动控制的PID悬浮控制系统,同时建立了考虑主动梁、从动梁、角平分装置以及F轨的磁浮道岔有限元模型。采用长沙磁浮快线提速试验数据验证车辆动力学模型后,对比分析了10 km/h速度工况下角平分装置以及滑动支承台行程对于磁浮车辆侧向过岔时系统动力学响应的影响。仿真结果表明,若道岔连接处未设置角平分装置,系统响应将整体增大,其中车体前端横向加速度幅值增大约40%。扩大滑台行程30 mm后,系统的横向响应明显减小,电磁铁横移量减小10.70 mm,可较为有效的避免磁轨机械接触以及悬浮失稳等情况。综合考虑磁浮车辆侧向过岔的动力学性能,在道岔连接处设置角平分装置可有效提高车辆运行时的平稳性与安全性,同时在实际情况允许下可增大滑台行程进一步优化侧向过岔时的系统响应。     

牵引/制动载荷和复杂黏着条件对地铁轮轨动态相互作用影响研究

牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨系统动态相互作用影响显著，尤其是轮轨切向作用。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立地铁车辆-板式轨道空间耦合动力学模型；由于轮轨接触斑形状以及接触应力分布实际上呈明显的非赫兹特性，因此建立考虑轮对摇头角的轮轨非赫兹法向接触模型以及相应的轮轨非赫兹蠕滑模型，并用于耦合动力学的轮轨动态相互作用计算中。基于所建立的动力学仿真模型，系统分析牵引/制动载荷以及复杂的轮轨界面黏着条件对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明，牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨切向接触应力及黏-滑区域分布影响显著，在干燥接触条件下，随着牵引/制动载荷的增大轮轨切向应力幅值增大，黏着区域减小，而当牵引/制动载荷较高且轮轨黏着水平较低时，接触斑内表现为全滑动状态。研究结果可为车轮/钢轨异常磨损和型面优化设计进一步研究提供理论基础。     

转向架群配置高速货运动车组车辆曲线通过动态特性研究

为了揭示我国最新研发的转向架群配置高速货运动车组车辆动力学特性,本文综合考虑车辆三系悬挂与转向架群配置的结构和功能特点,基于多体系统动力学理论,建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆系统动力学模型。仿真分析了空、重车情况下车辆以不同速度通过曲线的轮轨动态相互作用、车辆运行安全性、车辆运行平稳性等动态性能指标。研究结果表明:①无论空车或重车在本文仿真计算的曲线工况下其各项动力学指标均在限值之内;②轮轨动态相互作用和车辆运行安全性随着速度的增加基本都呈现先减小后增大的趋势,最小值基本都在车速325km/h左右出现;③重车轮轨动态相互作用以及倾覆系数均大于空车,而脱轨系数则是空车大于重车;④车体垂向加速度以及垂向平稳性指标随车辆运行速度变化较小,横向加速度随车速增大而增大,横向平稳性指标则有先增大后减小再增大的趋势,垂向或横向平稳性指标都为优。     

地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能II：轨道参数对动力学性能影响

嵌入式轨道在地铁减振降噪方面具有广阔的应用前景，但仍然需要保证嵌入式轨道具备较好的动力学性能，因此开展其结构和材料参数对地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能影响研究具有重要意义。基于建立的地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学模型，分析承轨槽内填充材料特性、轨道板几何尺寸、轨道板下支承材料特性对系统动力学性能的影响，确定基于动力学性能的轨道参数优选范围。结果表明：填充材料垂向刚度的合理取值范围是每米80~110 kN/mm，填充材料横向刚度的合理取值范围是每米30~50 kN/mm，轨道板下支承刚度的合理取值范围是每平方米1~5 MN/mm。还分析了轨道板几何尺寸的合理取值范围。研究成果为地铁嵌入式轨道设计和参数选取提供了依据，从动力学角度为嵌入式轨道在地铁中应用提供了理论支撑。     

300km/h速度级动车组车辆动力学特性仿真

高速动车组车辆系统要求具有良好的稳定性、平稳性和曲线通过能力等动力性能以满足运行要求。利用多体系统动力学分析软件ADMAS的Rail模块建立CRH2-300型动车组车辆系统与轨道耦合的动力学分析模型,并进行了车辆临界速度、车辆平稳性指标、车体振动加速度和车辆通过曲线脱轨系数和轮重减载率等动力学性能评价指标的仿真计算。结果表明该车临界速度远大于车辆设计速度,具有较高的稳定性。其平稳性和曲线通过能力指标与相关标准要求比较结果也说明了该车具有良好的动力学性能。     

轻载齿轨机车动态稳定性研究

应用Solidworks对齿轨机车行走系统建模,并在组件Solidworks Motion下进行动力学仿真,围绕系统关键参数对机车的运行稳定性进行了具体的研究,给出了改善齿轨机车运行稳定性的方法,对齿轨车辆的安全运行具有现实的指导意义。     

高速动车组齿轮传动系统振动特性

齿轮传动系统是高速动车组传递动力的关键结构,对车辆运行安全性和结构振动及其受载特性有重要影响,研究高速列车传动系统的动力学性能对提升高速动车组技术、提高车辆系统稳定性和安全性等具有重要意义。采用有限元法、自由度缩减理论以及多体动力学理论,建立了包含齿轮传动系统振动的国内某型高速动车组刚柔耦合系统动力学模型。模型中,车体和轮对处理为刚体,构架和齿轮副处理为弹性体。在验证模型齿轮副啮合特性基础上,研究了多种工况下传动系统的动力学性能及其与车辆系统主要部件之间的动态相互作用,获得了传动系统载荷及其对车辆系统主要部件振动的影响特性。结果表明,轨道激扰和车辆运行速度对传动系统振动有明显影响,传动系统振动对构架、齿轮箱以及电动机振动等有一定的影响。建立的高速车辆-传动系统耦合振动模型,突破了传统轨道车辆动力学模型模式,对深入研究高速动车组传动系统振动特性具有重要作用。     

曲线轨道参数对直线电动机地铁车辆曲线通过性能的影响

基于铁道车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑轮轨力、直线电动机感应线圈和感应板之间电磁力两种耦合关系的地铁车辆-板式轨道耦合系统动力学模型。模型包括车辆子系统、板式轨道子系统和直线电动机子系统三个部分。运用该动力学模型,研究曲线参数对车辆曲线通过性能的影响。分析结果表明:曲线半径、外轨超高和行车速度共同影响车辆曲线通过性能,车辆曲线通过为平衡状态时,整体曲线通过性能达到最佳;基于安全性的角度,应尽量避免车辆曲线通过处于欠超高状态;轨距加宽处于合理的范围可以提高车辆的曲线通过性能。     

中低速磁浮列车悬浮架垂向动力学分析

建立了考虑沉浮、点头、侧滚多方向振动的悬浮架垂向动力学模型,编制了系统动力学仿真程序,分析了某新型中低速磁浮悬浮架的振动动态特性;进一步研究了悬浮架结构解耦,特别是磁浮车辆特有的左右模块之间弹性约束的影响,为磁浮车辆抗侧滚悬挂参数设计提供依据。     

橡胶元件低温特性对车辆动力学性能的影响

橡胶弹性元件在轨道车辆中的普遍采用,对提高车辆系统安全性和平稳性具有重要的作用.为研究低温环境下橡胶弹性元件动态特性对城轨车辆动力学性能的影响,开展低温环境(-40℃～20℃)下转臂节点、叠层橡胶等橡胶元件动态参数测试,建立了低温环境下城轨车辆动力学模型并进行动力学仿真分析.结果 分析表明:橡胶元件动态刚度随激振频率的...     

五模块中低速磁浮车辆系统动力学仿真研究

在对五模块中低速磁悬浮车辆进行结构分析和运动分析的基础上,利用SIMPACK软件建立了90个自由度的整车动力学模型,并对磁悬浮车辆进行了动力学性能仿真。仿真结果表明:中低速磁浮车辆车体的垂向运行平稳性主要受二系垂向阻尼影响,而横向运行平稳性主要受滑台滑块之间的摩擦系数影响,受该磁悬浮车辆悬挂结构的制约,该磁浮车的最大运行速度不能超过90 km/h;通过曲线时,车体的最大横移量、侧滚角与各悬浮侧架的最大横移量、侧滚角、摇头角都随着通过速度的增大而增大,其中,1,2位与4,5位悬浮架的曲线性能基本对称。悬浮侧架与轨道间的最小横向间隙随着速度增大而减小,当速度为80 km/h时,悬浮侧架上的导向轮与轨道已接触,所以该磁浮车通过半径为300 m的曲线时速度应限制在80 km/h以下,最好不超过70 km/h。