轮轨激励下含局部缺陷的高速列车轴箱轴承动力学仿真分析

轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂轮轨激励的作用下容易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车安全.采用UM/Simulink联合仿真的方式,建立了含局部缺陷的轴箱轴承-柔性轴箱-车辆系统耦合动力学模型,研究了不同工况下轴承外圈、内圈和滚子存在单一局部缺陷时系统的动力学响应,分析了轨道不平顺、车轮失圆等轮轨激励对轴箱轴承故障响应的影响.此外,通过对轴箱箱体及轴箱转臂的振动响应进行对比分析,确定了轴箱上提取故障冲击响应的最佳测点位置.相关结果对于指导高速列车轴箱轴承的状态监测和故障诊断具有一定的工程应用价值.     

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.     

基于多体系统动力学和有限元法的联合仿真在车桥耦合振动研究中的应用*

为了实现车桥耦合振动精细化仿真研究,利用多体系统动力学软件SIMPACK建立完整的车辆空间模型,采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法建立桥梁的动力分析模型;然后将车辆和桥梁两个子系统在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,实现车桥耦合振动联合仿真分析。以高速铁路上的简支梁桥为研究对象,采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了弹性轮轨接触时动车组列车以不同车速通过桥梁的空间耦合振动响应,证明了该研究方法的可行性。     

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

参数化列车碰撞平台的动力学建模与仿真

轨道车辆的设计过程中,有限元碰撞仿真方法建模复杂、修改周期长.为快速计算准确的列车碰撞响应,基于车辆-轨道耦合动力学理论,使用Matlab程序语言,建立参数化列车碰撞平台.根据实际参数,将车辆实体模型转化为数学模型,将连续轨道模型离散为弹性点支承模型;基于Hertz接触理论,使用向量法建立轮轨相互作用模型;将车钩缓冲装...     

磁浮列车车轨耦合振动仿真研究

为了分析车轨道耦合振动过程中各因素的影响,建立了车体-悬浮架-轨道的简化动力学模型和动力学方程,利用数值方法研究了一节列车在静态悬浮过程中,整个车体与轨道耦合振动的垂向动力学行为.分析了轨道和车辆主要参数对振动的影响,并给出了仿真结果.仿真结果表明,轨道的抗弯刚度,长度,车轨质量比,以及车辆的悬浮刚度对于耦合振动影响较大;同时经过二系悬挂的衰减,车厢的振动较小.结论可供车辆悬浮控制器设计和轨道梁设计参考.     

直线轨道涡流制动对高速列车制动动力学特性的影响

列车制动性能直接影响车辆运行安全性和平稳性、稳定性,本文研究了加装直线轨道涡流制动系统对不同动力分配方式的高速列车制动动力学特性的影响规律.首先建立了6M2T和4M4T两种编组方式的列车动力学仿真模型,并与线路实验数据进行对比,验证了模型的有效性.基于该模型,研究了不同时速下的列车在不同动力分配形式下的动力学特性.针对惰行工况、电空制动工况与加装直线轨道涡流制动系统的联合制动工况,分别研究了第1、5、8节车厢的Sperling 指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨作用力的变化规律,研究结果表明,动力分配方式、制动特性对车辆动力学性能有显著影响,涉及的关键动力学性能指标均满足安全限值标准,研究结果将为高速列车加装直线轨道涡流制动系统提供理论参考.     

基于柔性轮对的轨道车辆动力学仿真分析

为研究柔性轮对对轨道车辆动力学性能的影响,应用ANSYS创建轮对实体有限元分析模型,并选用Guyan缩减法和Lanczos分块法对其进行子结构模态分析.联合SIMPACK创建柔性轮对车辆仿真模型,此模型的构架、车体等部件仍视作刚性体.与刚体车辆仿真模型对比分析出在中国高铁谱和美国六级谱激励作用下两模型的动力学性能的差异.分析结果表明:轮对采用柔性体的车辆非线性临界速度较全刚体车辆的非线性临界速度稍稍降低.在两激励线路下,轮对采用柔性体对车辆的平稳性和曲线通过性能也有一定程度的影响.     

轻轨线路曲线半径对车轮磨耗的影响

为分析线路曲线半径对轻轨列车车轮磨耗的影响,以长春市轻轨3号线70％低地板轻轨列车车轮为研究对象,建立独立旋转轮对的轻轨车辆-轨道耦合动力学计算模型、轮轨接触模型和Archard材料磨耗模型,对轻轨列车车轮磨耗进行仿真分析.计算结果表明:轻轨列车通过半径为50 m的曲线时,圆曲线上的车轮磨耗比缓和曲线更严重,整体轮对比独立轮对磨耗更严重;曲线半径大于150 m时,内、外侧车轮磨耗随着曲线半径增大而减小,并且在曲线半径相同的条件下,独立轮对各车轮磨耗量均比整体轮对各车轮磨耗量约大2 ～3 mm;随着列车行驶里程的增加,车轮磨耗率有先增大后减小的变化趋势,即可以将车轮磨耗分为快速磨耗和稳定磨耗2个阶段.轻轨车辆外侧车轮的磨耗率大于内侧车轮,说明车轮磨耗主要发生在外侧车轮.     

横风下高速列车系统动力学的平衡状态法

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种快速计算横风下高速列车系统动力学行为的平衡状态方法.首先,忽略轨道不平顺并利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,将平衡状态下的气动力加载到车辆-轨道耦合动力学模型并计算高速列车动力学响应.利用建立的平衡状态方法,研究了列车在速度为13.8 m/s的横风下以350 km/h速度运行时的流固耦合动力学行为.比较了平衡状态方法和联合仿真方法两种方法下列车姿态、安全性和舒适性指标的差异,计算结果差别在3.26%以内.研究结果表明:平衡状态方法计算横风下高速列车流固耦合的效率更高.     

长春轻轨3号线钢轨轨底坡对列车车轮磨耗的影响

摘要： 为探究小半径曲线钢轨轨底坡对车轮磨耗的影响规律,建立长春市轻轨3号线70%低地板轻轨列车车轮磨耗预测分析模型,包括独立旋转轮对的车辆 轨道耦合动力学计算模型、轮轨接触模型和Archard材料磨耗模型,并采用这些模型分析轻轨列车通过小半径曲线轨道时轨底坡对车轮磨耗的影响。分析结果表明：轻轨列车通过小半径曲线轨道时,动车轮对的磨耗程度比拖车轮对更严重,动车轮对总磨耗量为拖车轮对总磨耗量的159%;从轮对自身来看,内侧车轮的磨耗均比外侧车轮的磨耗严重,内侧车轮总磨耗量为外侧车轮总磨耗量的165%;钢轨轨底坡对车轮磨耗的影响显著,车轮踏面最大磨耗量出现位置随轨底坡变化的规律较为复杂,车轮轮缘磨耗量在轨底坡为1/20时最小。     

耦合车轮导向机理分析及导向性能对比研究*

不同耦合方式的车轮,其车辆的导向性能有明显不同.建立传统轮对、独立旋转车轮、纵向耦合轮对和弹性阻尼耦合轮对转向架动力学模型,分析其导向机理及纵向蠕滑力的产生,通过仿真确定不同耦合方式车轮车辆的曲线通过规律.计算结果表明传统轮对能够产生同位车轮大小相等、方向相反的纵向蠕滑力且导向能力最优;独立旋转车轮不能产生纵向蠕滑力,通过曲线时只能依靠轮缘进行导向;纵向耦合轮对产生同侧前后大小相等、方向相反的纵向蠕滑力,导向能力优于独立旋转车轮;弹性阻尼耦合轮对产生的纵向蠕滑力规律与传统轮对纵向蠕滑力规律基本一致,其导向性能略差于传统轮对,优于纵向耦合轮对.     

车轮与高速道岔翼轨的接触分析

为合理设计道岔,更好地匹配轮对和道岔型面,用有限元法求解车轮与高速道岔翼轨的接触问题.建立4种不同型面车轮与高速道岔翼轨接触的有限元模型,分析车轮通过高速道岔翼轨的轮岔接触斑和等效应力的变化规律,计算结果表明:机车车轮与翼轨的接触斑位于翼轨轨顸外侧,动车车轮与翼轨接触的接触斑位置在翼轨轨顶中部;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触时,容易出现应力集中,尤其是在距离心轨尖端50 cm位置处;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触产生的等效应力最大.     

基于多体动力学的车辆道岔通过性能研究

道岔复杂的轮轨关系及其变截面特性是车辆通过道岔时引起振动甚至脱轨的关键因素.根据60kg/m钢轨18号可动心轨道岔设计布置图,在多体动力学软件中建立车辆—道岔耦合系统模型,在此基础上对车辆—道岔系统模型进行验证,仿真计算车辆侧向和直向通过道岔的动力学响应.结果表明转辙器区、辙叉区轨道截面变化和轮轨型面匹配是影响车辆动力学性能的主要因素.最后,对车辆侧向通过离散轨道模型工况下的动力学响应进行仿真计算,讨论道岔轨下整体刚度和阻尼对模型动力学性能的影响,为改善车辆通过道岔时的动力学性能、道岔轨下刚度与阻尼参数匹配提供理论基础.     

Effect of tangent track buckle on vehicle derailment

In order to investigate the effect of a tangent track buckle on the dynamic derailment of a railway vehicle, a coupled vehicle/track dynamics model is developed, in which the vehicle is modeled as a 35 D.O.F. multibody system and the track is modeled as a 3-layer discrete elastic support model. Rails are assumed to be Timoshenko beams supported by discrete sleepers, and the effects of vertical and lateral motions and rolling of the rail on the wheel/rail creepages are taken into account. The sleepers are treated as Euler beams on elastic foundation for the vertical vibration, while as lumped masses in the lateral direction. A moving sleeper support model is developed to simulate the effect of the periodical discrete sleepers on the vehicle/track interaction. The vehicle and the track are coupled by wheel/rail contacts whereas the normal forces and the creep forces are calculated using the Hertzian contact theory and the nonlinear creep theory by Shen et al., respectively. The equations of motion of the coupled vehicle/track system are solved by means of an explicit integration method. A tangent track buckle is simulated with a cosine function, which describes the misalignment of the track with different lengths due to its buckling. In the analysis the effects of the buckle wavelength and amplitude and of the vehicle speed on the dynamic behavior of the coupled vehicle/track system are considered. The present paper analyzes in detail the conventional derailment coefficients which include the ratio of the wheel/rail lateral force to the vertical force, the wheel load reduction, and the new criteria indicating the wheel/rail contact point traces and the wheel rise with respect to the rail. These criteria are simultaneously used to evaluate the risk of derailment of the whole vehicle. The numerical results obtained indicate that the track misalignment caused by the buckle and the vehicle speed have a great influence on the whole vehicle running safety when the vehicle passes through the buckled tangent track.     

高速铁道车辆悬挂系统参数化建模、优化与仿真分析

为了协调高速铁道车辆的运动稳定性与曲线通过性能之间的矛盾,本文采用多目标优化方法对一种高速铁道车辆的关键悬挂参数进行了优化处理.采用多体动力学技术建立了某型高速铁道车辆62个自由度的动力学模型,模型考虑了轮轨接触几何非线性、轮轨蠕滑非线性和阻尼非线性等.采用ADAMS-Matlab联合仿真对车辆悬挂系统进行参数化改造,使弹簧刚度和阻尼系数均可调.采用基于遗传算法的多目标优化方法对悬挂参数进行优化,使车辆模型能同时满足3种动力学指标.对比优化前后模型的动力学性能可以发现:模型的运动稳定性和曲线通过性能得到显著提高,虽然运行平稳性有小幅降低,但仍能保持在优良的工作状态.     

轮轨匹配对高速列车动力学性能的影响

比较国内LMA,S1002G,XP55和LM等4种踏面与标准钢轨CHN60匹配的接触几何特征,通过SIMPACK建立高速动车组拖车模型,分析不同的轮轨匹配对高速列车动力学性能的影响．重力刚度小的踏面对中性差．容易产生低频大幅蛇行运动;重力刚度大的踏面对中性好,容易产生高频小幅蛇行运动．若踏面等效重力刚度在小横移量时存在“凹槽”,车辆系统在特定悬挂参数下将出现超临界分岔;踏面等效重力刚度随轮对横移缓慢增大,车辆系统将出现亚临界分岔．超临界分岔有利于对车辆的安全平稳状态进行实时监控;亚临界分岔车辆的安全平稳性不可预测、不可控制．大锥度踏面有利于抑制车体的1阶蛇行共振．