下一代双层高速列车转向架动力学研究

为了实现高速列车双层化,提出了一种新的横向耦合独立旋转车轮结构,以摩擦副代替齿轮副同步左右车轮的转速以获得纵向蠕滑率。建立了摩擦耦合独立旋转车轮(FCIRW)转向架车辆、独立旋转车轮(IRW)转向架车辆的动力学模型,分析比较了两种车辆高速通过大半径曲线的导向和自动复位性能。计算表明,FCIRW在直线上具有足够的轮轨纵向蠕滑力辅助复位;临界速度高达400 km/h。     

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。     

新型独立轮对柔性耦合径向转向架

提出一种独立轮对柔性耦合径向转向架的新方案.通过理论分析推导出独立轮对柔性耦合径向转向架最佳耦合刚度的表达公式.通过仿真分析得知,只要耦合刚度选取合理,无论曲线半径和列车运行速度等外界条件如何变化,独立轮对柔性耦合径向转向架都会在二系悬架系统和柔性耦合机构的协同作用下自动把前后轮对调整到径向位置,说明独立轮对柔性耦合转向架面对复杂多变的外部环境具有很强的自适应径向调节能力.通过与独立轮对两轴转向架和独立轮对单轴转向架动力学性能的对比分析,发现独立轮对柔性耦合径向转向架具有十分突出的优势,说明该转向架具有非常大的开发利用潜质.     

车轮硬度对重载铁路货车车轮磨耗的影响

为研究车轮硬度变化对铁道重载车轮磨耗的影响，分析降低车轮磨耗的低成本方式，建立了装配转K6转向架的C80货车的车辆-轨道耦合系统动力学模型，并基于CONTACT程序与Archard磨耗模型建立了车轮踏面磨耗的仿真模型。通过建立的仿真模型来预测重载铁路货车车轮硬度对车轮踏面磨耗深度和车轮踏面外形的影响，结果表明适当增加车轮硬度会有效减小车轮磨耗深度，因此适当提高车轮磨耗区域内的车轮硬度可以有效降低车轮踏面磨耗，提高车轮的使用寿命。     

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。     

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。     

基于轮毂电机和转速差反馈的独立车轮轮对主动导向控制的影响因素

采用主动导向控制可有效提高独立车轮的导向能力。从永磁同步电机转矩波动的角度出发,分析永磁同步电机转矩波动的来源,计算轮毂电机的转矩波动误差。建立基于左、右轮转速差反馈的轮毂电机独立车轮主动导向控制的仿真模型,研究轮毂电机的转矩波动对轮毂电机独立车轮主动导向控制的影响。通过理论推导和模型仿真计算,当独立轮对转向架在直线上以恒速运行时,轮毂电机系统的控制精度和轮对最大横移量之间存在函数关系,轮毂电机的控制精度越大,轮对的横向位移波动量越大,且车轮踏面的等效斜度和车轮的名义滚动圆半径是二者之间关系的重要影响因素。基于轮毂电机独立车轮主动导向控制精度与轮轨型面之间的关系,提出通过优化踏面来提高独立车轮主动导向效果的方法。     

车轮扁疤状态下的铁路货车动力学表征研究

为研究货车车轮扁疤状态下的动力学表征,为车轮扁疤的间接识别提供理论支撑,建立了配置有转K6转向架的C80铁路货车动力学模型,并推导了扁疤对钢轨的垂向冲击力公式及振动加速度公式,研究了车轮扁疤故障状态下的车轮轮轨力响应、承载鞍振动响应情况,并分析了故障状态下车轮扁疤长度与轮轨垂向力对应关系,为扁疤的故障检测和识别提供基础支撑.结果表明:扁疤故障状态下,轮轨垂向力与扁疤长度呈正比例关系,且轮轨力最大值随车辆运行速度增大而呈现先增大后缓慢减小的趋势,承载鞍振动加速度变化趋势与轮轨垂向力基本保持一致.     

转K2货车转向架动力学仿真分析

针对转K2货车转向架,采用三维建模软件Pro/E和动力学仿真软件Adams/Rail建立了转向架动力学模型,并对其模型进行了动力学分析,结果表明：该转向架的主要动力学指标,满足国标规定的要求。     

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。     

转向架尺寸测量调整设备设计

按照动车组列车的转向架检修测量工艺要求,转向架部件组装后,需要对转向架的轴距、车轮对角线、车轮与构架距离等进行测量调整,设计了一种转向架尺寸测量调整设备,包括动力机构、传动机构、举升机构、定位转臂、车轮定位机构、锁紧机构、固定平台、测量平台以及调整机构等.在测量过程中,车轮锁紧机构采用气动装置,代替了原有机械式的手动锁...     

悬挂参数对重载货车车轮磨耗的影响

运用商业软件SIMPACK建立装配有转K6型转向架并考虑轨道因素的C80货车多体动力学模型,采用Archard磨耗模型建立货运列车车轮磨耗的力学模型,并应用CONTACT程序进行计算。在模型基础上考虑悬挂参数对车轮踏面磨耗的影响规律,通过大量的数据分析,对踏面磨耗发展情况进行预测,为新车设计以及站段镟修工作提供理论依据。     

扭转刚度和扭转阻尼对虚拟轨道车辆性能的影响分析

为研究扭转刚度和扭转阻尼(即车轮的转向刚度和转向阻尼)对受横移控制的虚拟轨道车辆动力学性能的影响,采用多体系统动力学理论及控制理论,建立了考虑胎地耦合与机电耦合的虚拟轨道车辆动力学联合仿真模型。利用该模型,分析了车轮与转向架之间扭转刚度与扭转阻尼对车辆动力学性能和控制系统的影响规律。研究结果表明:扭转刚度和扭转阻尼确有必要存在且满足模型控制系统动态性能和动力学性能的扭转刚度选择2 kN/rad,扭转阻尼选择2 kN·s/rad。     

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。     

窄轨客车转向架轮轴疲劳强度及紧固度分析评估

以窄轨客车转向架轮对为分析对象,在评估轮轴静强度的基础上,通过计算车轮和车轴的平均应力和应力幅值校核了循环载荷下转向架轮轴疲劳强度,通过有限元分析软件使用安全系数法直观的评估了转向架轮轴强度及车轮与车轴过盈配合紧固度,为在模型阶段客车轮轴的设计提供改进的依据,为客车的安全运行提供更可靠的保证。     

动车组车体异常弹性振动原因及抑制措施研究

动车组车体正常运营状态下可以保持十分优异的动力学性能,给乘客创造舒适的出行环境,但在偶然情况下也会出现异常弹性振动,也被称为抖车问题,严重影响车辆运行品质。基于线路实测车轮和钢轨外形,建立考虑弹性车体的动车组刚柔耦合动力学模型,仿真再现了动车组车体异常弹性振动现象,并对异常振动原因进行了研究。结果表明:动车组车轮与钢轨匹配关系异常,轮对等效锥度达到0.65,导致转向架蛇行运动频率达到9～10 Hz,与动车组车体一阶菱形模态频率接近,是引发车体产生异常振动的原因。基于此原因,改善轮轨匹配条件、提升车体一阶菱形模态频率和控制转向架蛇行运动相位关系是抑制异常弹性振动的三大方向。通过仿真分析发现,打磨钢轨和镟修车轮均能改善轮轨匹配关系,进而有效解决抖车问题;提升车体一阶菱形模态频率可将转向架蛇行运动频率与车体弹性模态频率分隔开,从而降低车体异常弹性振动;另外,使前后转向架反相位蛇行运动也可以避免激发车体一阶菱形模态。最终建议对异常振动线路轨道进行打磨处理;对于新设计高速动车组车体,建议提升车体一阶菱形模态频率,以提升了动车组车体对磨耗车轮和异常线路的适应性。     

副构架式径向转向架导向机构参数研究

总结了副构架式转向架的结构与特点,并分析了自导向径向转向架的导向机理。以转K7型副构架式转向架为研究对象,建立安装有转K7型转向架的C80型敞车动力学模型。分析自导向机构的刚度参数对车辆系统动力学的影响,在此基础上进行导向机构参数优化选择,为副构架式自导向转向架的工程优化设计提供理论依据。     

地铁车辆车轮多边形化形成原因分析

针对地铁车辆车轮多边形化问题,探讨分析车轮多边形化形成原因。提出车轮多边形化是由车轮滚动多周的振动所形成的这一创新观点,并分析车轮多边形化的顶点相位角、主振频率与运行速度之间的关系。以某直线电动机地铁车辆为例,基于建立的多体动力学模型,研究各速度下轮轨垂向力的主导频率,分析易产生车轮9边形化的速度及主导频率特性,指出在72～80 km/h的速度范围内,该直线电动机地铁车辆有形成车轮9边形化的可能。以72 km/h和80 km/h为例,给出此速度下的轮轨垂向力及其主导频率、前转向架直线电动机垂向振动加速度及其主振频率,结果表明两种速度下主导频率分别为39.08 Hz和43.48 Hz的振动有形成车轮9边形化的趋势。指出各速度下的相位角变化,并给出车轮9边形化的示意图。     

HXN5拉杆式与导框式转向架动力学性能仿真

建立了单拉杆式和导框式转向架机车的SIMPACK模型,并进行了动力学性能仿真;就拉杆式转向架的非线性临界速度、直线运行平稳性、曲线通过性能等动力学性能与导框式转向架进行分析比较,仿真结果显示两种转向架各有优缺点:新型的拉杆式转向架具有更高的非线性临界速度,导框式转向架的乘坐舒适性方面要明显优于拉杆式转向架,曲线通过安全性的四项指标中两种转向架则各有优劣。