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。     

轮径差对三大件式转向架曲线通过性能影响分析

轮径差是我国铁路重载货车运用中常见的一类问题,对车辆的运行稳定性和曲线通过性能有较大影响.为揭示轮径差对三大件式转向架曲线通过性能的影响规律,建立了某型敞车动力学模型,对比分析了四种不同形式轮径差下货车曲线动态响应.研究结果表明:不同种类轮径差对转向架通过曲线的影响有所不同,适当程度轮径差有利于车辆动态曲线通过;前导向...     

变轨距高速列车的动力学

高速列车通过改变轮对的内侧距实现在不同轨距线路上联运,而轮轴装配间隙及轨距、轨底坡、钢轨廓形等参数变化将引起轮轨接触关系改变,进而引起车辆动力学性能变化。分析我国两种高速踏面在准轨和宽轨线路上的轮轨接触关系发现,轨底坡由1/40变为1/20时,LMA踏面等效锥度降低约30%,LMB10踏面可兼容两种轨底坡,磨耗后的踏面对轨底坡变化更敏感。理论公式推导表明准轨和宽轨线路上自由轮对、刚性和柔性定位转向架的蛇行频率相同,但含轮轴间隙的变轨距高速列车动力学模型仿真表明,间隙导致宽轨线路上的车辆稳定性略差,间隙达到0.6mm时发生低速小幅蛇行;间隙对车辆运行安全性和平稳性影响仅9%。因宽轨线路的欠超高量大和车辆稳定性差,其运行安全性和横向平稳性比准轨差15%和38%。间隙横向力与轮轨横向力幅值相同但反向,造成轮对内侧距动态变化;左右侧旋转间隙扭矩的幅值相同但反向,在纵向蠕滑力作用下间隙压死-分离状态反复。研究成果有助于掌握变轨距转向架的轮对内侧距动态变化、间隙载荷和车辆动力学性能。     

机车转向架通过曲线的动态过程分析

为了解转向架的曲线通过过程,根据蠕滑理论推导出轮对曲线通过方程,发现制约转向架曲线通过性能提高的主要因素是传统转向架一系定位刚度较大,限制轮对相对于构架的摇头自由度,影响轮对自导向能力的发挥。动力学仿真发现相对于锥形踏面,磨耗型踏面可以提供轮对通过半径为300 m曲线所需的轮径差。传统三轴转向架由于一系定位刚度较大,导向轮对在曲线半径1 100 m以下均发生轮缘接触,而后端轮对具有较好的导向性能,具有较小冲角。径向转向架通过耦合轮对摇头运动保证转向架的稳定性,同时通过径向机构,轮对实现牵引和导向功能的分离。采用较小的定位刚度和反相耦合端轴轮对摇头运动,可以互相促进轮对导向,减小轮对冲角。径向转向架能够实现无轮缘接触通过半径为450 m以上曲线。     

铁路重载货车车轮轮径差状态下动力学表征研究

为研究铁路重载货车车轮轮径差状态下的动力学响应,进而为轮对车轮轮径差间接识别作基础支撑,建立了 C80铁路重载货车动力学模型;根据国内相关动力学评价标准,计算车辆在车轮轮径差状态下的动力学性能,包括车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性等;并对车辆进行现场试验验证.结果表明:车轮轮径差对车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性均存在一定程度的影响;在5 mm同轴轮径差范围内,车辆各动力学指标均满足国家相关标准;车辆动力学响应与车轮轮径差存在一定程度的映射关系.     

铁路重载货车车轮轮径差状态下动力学表征研究

为研究铁路重载货车车轮轮径差状态下的动力学响应,进而为轮对车轮轮径差间接识别作基础支撑,建立了 C80铁路重载货车动力学模型;根据国内相关动力学评价标准,计算车辆在车轮轮径差状态下的动力学性能,包括车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性等;并对车辆进行现场试验验证.结果表明:车轮轮径差对车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性均存在一定程度的影响;在5 mm同轴轮径差范围内,车辆各动力学指标均满足国家相关标准;车辆动力学响应与车轮轮径差存在一定程度的映射关系.     

铁路重载货车车轮轮径差状态下动力学表征研究

为研究铁路重载货车车轮轮径差状态下的动力学响应,进而为轮对车轮轮径差间接识别作基础支撑,建立了 C80铁路重载货车动力学模型;根据国内相关动力学评价标准,计算车辆在车轮轮径差状态下的动力学性能,包括车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性等;并对车辆进行现场试验验证.结果表明:车轮轮径差对车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性均存在一定程度的影响;在5 mm同轴轮径差范围内,车辆各动力学指标均满足国家相关标准;车辆动力学响应与车轮轮径差存在一定程度的映射关系.     

铁路重载货车车轮轮径差状态下动力学表征研究

为研究铁路重载货车车轮轮径差状态下的动力学响应,进而为轮对车轮轮径差间接识别作基础支撑,建立了 C80铁路重载货车动力学模型;根据国内相关动力学评价标准,计算车辆在车轮轮径差状态下的动力学性能,包括车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性等;并对车辆进行现场试验验证.结果表明:车轮轮径差对车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性均存在一定程度的影响;在5 mm同轴轮径差范围内,车辆各动力学指标均满足国家相关标准;车辆动力学响应与车轮轮径差存在一定程度的映射关系.     

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。     

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。     

轮径差对机车惰行和电制动轮轨作用的影响

在分析轮径差类型的基础上,探讨轮径差对轮对受力状态和运动形态的影响。建立八轴重载机车+详细C80型运煤专用敞车+简化C80型运煤专用敞车的列车模型,仿真分析机车在惰行和电制动工况下,不同类型轮径差对轮轨相互作用的影响。结果表明,轮径差会改变轮对的运动形态,从而引起轮轨相互作用的变化,加剧轮轨之间的磨耗;由于摇头角会引起轮对的横向蠕滑,因此反相轮径差对轮轨横向力和轮轨磨耗的影响要大于同相轮径差;电制动工况相对惰行工况而言,横向蠕滑力有所减小,因此电制动工况下轮径差对轮轨横向力的影响要小于惰行工况,并且轮轴横向力相对惰行工况总体也有所减小;由于制动力会降低轮对对左右轮滚动圆半径的调整能力,因此电制动工况下的稳态轮径差要大于惰行工况下的稳态轮径差,轮轨磨耗也要远大于惰行工况,在电制动工况下,轮径差还会引发轮对偏磨的出现,进一步加大轮径差。     

基于轮轨匹配的车辆横向稳定性分析

为使车辆横向稳定仿真分析更好地体现其特殊的自激振动意义,提出一种基于轮轨匹配的横向稳定性分析新方法.与轮对几何接触相比,自由轮对接触过程(接触几何/力学)可以得到更加精确的匹配计算结果.结合地铁车辆实例,运用临界速度线性分析方法给出车辆临界速度随等效锥度的变化曲线.若轮轨匹配合理,临界速度的线性结果与非线性仿真验证相吻合.临界速度的非线性影响主要取决于轮轨匹配,当轮对蛇行稳定极限环很小时其非线性影响不可忽视.除轮轨匹配外,利用临界速度线性分析方法给出轮对质量、一系悬架纵向和横向刚度、横向减振器阻尼3个参数对临界速度的敏感影响,并提出地铁车辆在既有线路提速的优化方案.     

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。     

动车组车体异常振动问题分析及治理研究

对某型高速动车组车辆进行长期跟踪测试,发现当车轮镟修后车辆运行18万km以上时,车体异常抖振现象时有发生,且抖振时,车体横向及垂向振动在10 Hz频率附近均出现异常放大现象.结合车轮踏面测试分析、车体和构架振动测试分析以及车体试验模态分析,对车体异常抖振机理进行研究.结果表明,当车轮镟修后车辆运行18万km以上时,车轮等效锥度增加至0.501以上,且车轮踏面出现凹磨,轮轨接触位置较分散,存在跳跃现象;当车辆运行过程中受到较大的线路横向激扰时,车轮产生较大横移量,轮轨接触位置发生突变,并导致转向架蛇行运动频率陡升至与车体菱形模态频率接近而引发二者同步运动,致使菱形模态振动放大,是车体发生异常抖振的原因.为治理该问题,以提高车辆运行稳定性及运行平稳性为目标,提出基于正交试验的多目标车辆系统悬挂参数优化方法,对一系横向、纵向定位刚度和抗蛇行减振器节点刚度及阻尼系数进行同步优化,仿真计算结果表明,悬挂参数优化后,车辆在不同踏面磨耗状态下的临界速度、运行安全性及运行平稳性均得到明显提高.对悬挂参数优化方案进行在线试验验证,结果表明,采用优化的悬挂参数后,车体抖振处能量明显下降,抖振问题得到明显改善.     

驱动方式与轮径差对悬挂式单轨车轮磨耗的影响分析

悬挂式单轨大都采用橡胶轮胎,在运行过程中磨耗较为严重.探究了走行轮的驱动方式和初始轮径差这两种因素对车辆走行轮磨耗程度的影响.利用动力学仿真软件UM建立悬挂式单轨动力学模型,以走行轮的磨耗功来评价走行轮的磨耗程度.研究表明:驱动方式主要影响走行轮纵向磨耗功,在直线和曲线两种工况下,同步驱动时走行轮磨耗功均小于独立驱动的走行轮磨耗功;走行轮的磨耗功随初始轮径差的增大而增大,大轮的磨耗程度明显大于小轮,表明走行轮的轮径差不会随着车辆的运行进一步加大.     

车端纵向减振器对低地板轻轨车辆动力学性能的影响

建立了100%低地板轻轨车辆动力学模型,分析了车间纵向减振器阻尼参数对低地板车辆的稳定性、平稳性和曲线通过性能的影响,结果表明阻尼设置对车辆的直线运行性能和曲线通过存在不同影响。因此,低地板车辆应采用具有大小二级阻尼的半主动减振器,直线行驶时采用大阻尼以保证车辆的稳定性和平稳性;曲线通过时采用小阻尼以提高车辆曲线通过性能。可通过检测车体和转向架的相对摇头角,来判断车辆是运行在直线上还是曲线上。     

轨底坡对轮轨滚动接触行为的影响

为了探讨轨底坡与轮轨滚动接触行为的内在联系,针对高速客运专线轮轨接触状况,即轮对踏面为LMA和钢轨为国产CN60,利用改进的三维接触几何程序、Kalker的三维弹性体非赫兹滚动接触理论及其CONTACT数值程序,分析比较轨底坡对轮轨接触几何参数、接触斑形状、接触斑滑动量、摩擦功、接触应力等的影响.通过分析计算可得,轨底坡对轮轨滚动接触行为有很大影响.尤其当轮对相对轨道横移在6 mm～9 mm范围内变化时,随着轨底坡从1/20到1/40的逐渐减小,轮对左右轮滚动半径差和等效锥度增大,这说明在1/40轨底坡下,轮对恢复对中的能力更好,更有利于曲线通过.1/40轨底坡对应的最大正压力、等效应力等较小,其对应的摩擦功较大.1/20轨底坡的情况刚好相反.综合考虑各种因素,对于LMA-CN60轮轨接触副,1/40轨底坡较1/20轨底坡的接触状态更好.数值结果为轨底坡的设计提供重要的参考依据.     

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。     

轮轨几何接触的通解研究

从轮轨几何接触的最一般情况入手,分析并建立轮轨接触几何通解的模型;考虑轮对的横移和摇头对几何接触的影响,并考虑轮对在曲线轨道上运动时,动态轨道即轨道曲率、扭率、轨头翻转、轨道倾角的动态变化及轨道几何不平顺的动态变化等对几何接触的影响;同时考虑左右轮轨型面不对称的情况;得出了轮轨接触几何通解的方程式并给出了部分数值模拟结果。     

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.