独立旋转轮对轨道车辆自适应导向控制研究

独立旋转轮对轨道车辆由于左右车轮解除耦合作用，失去了传统刚性轮对所具有的自动复位能力。为改善独立旋转轮对的导向性能，提出一种独立旋转轮对车辆的自适应导向控制方法。该方法可以自动识别车辆是否处于曲线段并且计算曲线半径的大小，针对不同线路状态采取适合的控制策略，实现独立旋转轮轨轨道车辆的运行的自适应控制。在加入自适应控制后，独立旋转车辆恢复了纵向蠕滑力和直线复位对中能力，使独立旋转轮对具备更加优良的导向性能。总体来看，自适应控制下的车辆的曲线导向性能与安全性能均优于独立旋转轮对车辆；在小半径曲线上，自适应控制车辆具备比传统刚性轮对车辆更加优良的曲线导向性能以及安全性能；在曲线半径较大时，由于纵向蠕滑力不足，自适应控制车辆的导向性能要弱于传统刚性轮对车辆。     

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。     

低地板独立车轮转向架设计及动力学分析

介绍并分析了独立旋转车轮转向架在车辆动力学性能上的优势,设计一种基于轮毂电机驱动的独立车轮转向架,并利用SIMPACK多体动力学仿真软件对该转向架的曲线通过性及运行稳定性进行分析。     

轨道车辆电气耦合轮对导向机理与仿真

首次将电轴技术应用于独立车轮中构成一种新型的电气耦合的耦合轮对型式。理论分析了新型耦合轮对的耦合能力及其影响因素,确定其耦合能力可调节。从数学上推导了电气耦合轮对的导向机理,它采用的是以左右车轮相对转角差为反馈量的主动控制技术。建立了独立车轮转向架轻轨车辆动态仿真模型,仿真结果表明:车辆导向性能方面,电气耦合轮对车辆优于独立车轮车辆,同弹性阻尼耦合轮对车辆相当;选用低速大扭矩的电机和合适的公共电阻都能有效提高车辆自导向能力。     

独立轮对二轴轨道车辆主动偏转系统的研究

针对目前轨道车辆难以通过小曲线半径轨道的情况,以减少车辆在通过小曲线半径轨道时车轮的横移量和车轮踏面的磨损为主要目的,兼顾车辆运行的平稳性,结合独立轮对的纵向蠕滑率几乎为零从而转速可以时刻适应轨道曲线半径及二轴车在轮轴结构上具有轮轴偏转角度幅值较大的优势,提出一种轮轴自导向液压系统从而克服独立轮对横向复位和导向能力低的缺陷,得到一种新型的自导向独立轮对二轴轨道车辆的主动偏转系统,从而确保轨道车辆能够可靠地通过小曲线半径轨道。     

车轮多边形对蠕滑和临界速度的影响研究

通过分析轮轨蠕滑率和自由轮对的蛇行运动方程,得到轮对横移和摇头的相互耦合关系式;基于多体动力学软件UM建立某型高速动车组拖车动力学模型,对4种车轮多边形工况进行接触斑内的蠕滑力分析,研究车轮多边形对轮轨蠕滑特性和轮对横移的影响。结果表明：车轮多边形的阶数和幅值对轮轨蠕滑特性有较大的影响,总体上轮轨蠕滑力随车轮多边形阶数和幅值的增大而增大,当左右两侧车轮出现不同阶数主导的车轮多边形时,左右两侧车轮的纵向蠕滑力相差较大;两侧车轮多边形幅值的不同会破坏轮对的对中能力,高速运行时会出现蛇行失稳现象,并且车辆的非线性临界速度会随车轮多边形磨损的加剧而降低。     

高速列车车轮多边形磨耗对轮轨力和转向架振动行为的影响

列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。     

新型爪盘空心轴联轴器刚度特性分析

提出了一种纵向耦合独立车轮100%低地板车辆转向架总体方案;考虑到独立车轮与构架间的运动关系,为满足驱动制动单元实现架悬布置,设计了一种新型爪盘空心轴联轴器。推导出爪盘空心轴联轴器组合刚度的计算公式,通过有限元仿真验证了公式的正确性,同时对转向架一系悬挂及空心轴联轴器的刚度进行对比分析。研究结果表明,爪盘空心轴联轴器具有足够的扭转刚度,能可靠、稳定地传递驱动、制动转矩;爪盘空心轴联轴器轴向运动、径向运动和偏转运动约束小,可以满足弹性车轮与驱动制动单元之间的运动补偿量要求。     

牵引与主动导向控制的独立轮对转向架结构设计与动力学分析研究

为实现独立旋转轮对转向架列车既有低地板轻轨车辆结构优势,且能通过主动导向提高曲线通过性能,解决轻轨车辆小曲线半径通过时轮缘贴靠问题,同时克服独立轮对转向架主动导向与牵引/制动对于一系悬挂纵向定位刚度需求的矛盾,提出了采用低纵向定位刚度一系轴箱悬挂与一系纵向拉杆的独立轮对转向架结构设计方案.牵引仿真分析表明,设计的新型独...     

新型独立转向架的研制及其在改善轮轨关系方面的应用

从轮轨接触的形式、轮轨磨损成因及降低轮轨磨耗的对策分析出发,通过对独立旋转车轮工矿车辆转向架的研制和运行验证后,对该转向架的优点做了总结,结果表明该转向架在降低轮轨磨耗、提高曲线通过能力、提高适应线路扭曲的能力、改善车辆运行品质等方面均有明显效果,这对铁路干线车辆转向架具有借鉴意义。     

汽车车轮制动器的改进设计

1改进前的汽车车轮制动器结构目前汽车上采用的车轮制动器分为鼓式和盘式两种(重型车辆多采用鼓式制动器),它们的区别在于前者摩擦副中的旋转元件为制动鼓,其圆柱面为工作面,后者的摩擦制动元件为圆盘状的制动盘,其端面为工作面。如图1所示,鼓式制动器主要由旋转部分、固定部分     

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。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

车轮磨耗计算模型及其数值方法

综述国内外车轮磨耗理论模型及其数值方法,提出基于车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和材料摩擦磨耗模型为一体的车轮磨损计算模型, 并发展相应的数值方法。模型中车辆结构和钢轨下部结构被简化成等效质量、弹簧和阻尼系统, 而钢轨用Euler 梁代替, 并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形。利用修改的KALKER三维弹性体非Hertz 滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和滑动量等参量;根据Archard材料磨损模型计算车轮的磨耗深度。利用该模型和相应的数值方法分析不同曲线半径情况下车轮的磨损情况,结果表明该模型可以较好地模拟车轮磨损的演化过程。给出列车通过曲线半径为350 m时车轮的磨损情况。数值结果表明,每个转向架下前轮对比后轮对磨耗严重,外轨上的车轮比内轨上的车轮磨耗严重。     

轮轨曲线尖叫噪声有限元预测方法的研究

利用ABAQUS有限元软件,对车辆经过小半径曲线时的尖叫噪声进行有限元预测分析.建立了包括车轮、钢轨和钢轨支撑弹簧的有限元动力学模型.根据车轮通过小半经曲线时横向蠕滑力饱和的实际情况,假设横向蠕滑力等于摩擦因数乘以法向力,通过摩擦力耦合建立车轮和钢轨耦合的动力学方程.对此动力学方程进行稳定性分析,得出耦合系统动力学特征方程的复特征值.根据是否存在实部为正的复特征值,从而判断系统是否有发生曲线尖叫噪声的趋势.计算结果显示,当轮轨摩擦因数比较大时,系统存在实部为正的复特征值,说明此时轮轨系统存在发生曲线尖叫噪声的可能性.此外,钢轨端部不同约束条件对曲线尖叫噪声预测结果有一定的影响.     

两种驱动电机地铁车辆轮轨动态相互作用对比分析

为研究驱动作用下直线电机地铁车辆和旋转电机地铁车辆的轮轨系统动力学响应特性,利用KALKER线性蠕滑理论分析比较电机驱动下两种地铁车辆曲线通过时的轮对导向能力,分别建立直线电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型和传统旋转电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型,对比分析驱动作用和曲线半径对两种地铁车辆轮轨动态相互作用的影响。研究结果表明:驱动工况下,不同于传统旋转电机地铁车辆,直线电机地铁车辆的轮轨蠕滑特性和系统动态响应几乎不受牵引载荷的影响,其轮轨蠕滑力不受到轮轨黏着的限制。曲线通过时直线电机地铁车辆导向轮对的导向能力优于传统旋转电机地铁车辆。     

差速器耦合轮对车辆曲线通过性能

提出在独立旋转车轮横向加装机械差速器实现独立车轮横向机械差速控制。在对差速器耦合轮对车辆系统动力学及对称式差速器力矩分配原理进行理论分析的基础上,建立差速器耦合轮对车辆和刚性轮对车辆模型,通过对比试验所测三向加速度数据与仿真结果,验证了模型的正确性。对两种车辆进行动力学仿真,研究两种车辆通过多种半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能,重点研究通过小半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能。研究结果表明差速器耦合轮对车辆过曲线时不仅有较小的磨耗,曲线通过安全性能也比刚性轮对车辆更优。差速器耦合轮对轨道车辆在小半径曲线线路上运行时,有较好的曲线通过性能,这种特性有利于适应城市地面轨道交通曲线半径小的特点。     

铝基复合摩擦材料摩擦磨损性能研究

以S iC颗粒增强的铝基复合材料(S iCp)与GCr15钢配副为对象,与现用的蠕墨铸铁(Compacted graph ite iron)制动盘材料进行对比,应用销-盘式高速摩擦磨损模拟试验,研究摩擦磨损条件对摩擦学特性的影响规律。     

新型独立车轮转向架的研发

介绍了新型独立车轮转向架的主要技术参数及结构。通过有限元方法,计算分析了转向架构架、车轮以及轴桥的应力。转向架的研制是车辆技术中的重中之重,只有在关键技术的研究和关键零部件生产上不断提高国内研制技术水平,才能实现我国在100%低地板现代有轨电车装备领域的现代化。     

曲线钢轨初始波磨形成的机理分析

利用数值方法分析钢轨离散支撑引发曲线钢轨初始波浪形磨损形成的机理.建立车辆轨道耦合动力学模型、轮轨滚动接触理论模型和轮轨界面材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型.考虑半个车辆模型和有限计算长度的轨道模型,利用Hertz非线性接触弹簧和沈志云-Hydrick-Elkins非线性蠕滑理论耦合车辆和轨道的计算模型来计算轮轨的法向载荷和切向载荷.通过车辆过曲线动力学分析,确定轮轨的瞬时接触位置、法向载荷、蠕滑率等.根据修改的Kalker三维滚动接触理论计算轮轨滚动接触力学行为,再利用轮轨材料摩擦磨损模型计算钢轨的磨损量.对曲线两端的缓和曲线和圆曲线的初始波磨形成过程作详细分析,并对波动频率也作了调查.数值结果显示,同一个转向架4个车轮引起的磨损波长和波深是不同的;不同曲线位置初始波磨的波深和波长也有区别;波磨的频率和轮轨接触振动密切相关;波磨的频率不仅包含轨枕的通过频率,也包含轨道被激发的更高振动频率.