需求驱动的高速列车动力学性能设计方法研究

高速列车经过多年的发展,已经形成了一系列成熟的车型。但不同运用条件对高速列车功能、特征、性能的需求也不同。在高速列车动力学性能设计过程中,传统的设计模式不能及时地响应用户需求,降低设计效率。因此,从需求角度出发,针对高速列车动力学性能,开展了需求驱动的高速列车动力学性能设计方法的研究。通过需求与设计的映射机制,将需求映射到设计中;基于映射结果,通过对动力学参数进行设计来实现对动力学性能设计,最后获取设计结果,满足设计需求。最后通过实例计算,验证了设计方法的可行性。     

齿轨列车驱动牵引装置研究

阐述了齿轨列车的一种驱动装置结构,可以同时满足齿轨路段和黏着路段不同的车速要求。在长期运营过程中,针对车轮踏面出现的磨耗,提出了一种可以完成齿轮垂向调整的偏心结构,保证车辆驱动牵引装置在齿轨路段和黏着路段的稳定性和可靠性。本结构的设计过程中,各个轴之间使用的轴承、齿轮参数、偏心轮高度调整参数等都按照实际需要进行了选型及校核,确保了设计的产品具有足够的工程应用性。     

基于ADAMS的高速列车动力学性能仿真研究

基于ADAMS/Rail,建立了12节车辆系统虚拟样机模型,仿真研究了列车直线运行平稳性、启动工况、制动工况和曲线通过工况下的动力学响应,仿真结果表明:所建列车模型启动、制动状况性能良好,直线运行稳定性较好.曲线通过性能较差,中间车辆易发生脱轨.     

考虑随机参数的高速列车动力学分析

建立高速列车车辆系统非线性动力学仿真模型,考虑悬挂刚度和阻尼、轮轨匹配参数、轮轨界面参数、轨道不平顺和载重的随机性,应用数值仿真研究高速列车动力学性能的随机统计特征。分析随机参数确定方法、动力学仿真工况数量和计算结果后处理方法,并与试验结果进行对比验证。计算结果表明,与常规动力学分析相比,考虑随机因素的动力学方法可以得到动力学指标的分布特性,能够考虑到多种参数随机变化对动力学性能的综合影响。常规动力学计算结果是考虑随机因素的特例,能代表车辆动力学性能的普遍规律,但不能掌握动力学指标的变化域和分布规律。考虑随机因素的动力学方法可用于高速列车动力学性能预测、动力学参数优化和异常振动分析等领域,能更加真实、全面反映车辆动力学性能,优化出的悬挂参数具有更广泛的线路运行适应性。     

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。     

地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能研究Ⅲ:嵌入式轨道与普通轨道动态响应对比分析

嵌入式轨道在地铁中应用具有减振降噪、抑制波磨等优势,目前对嵌入式轨道的动力学性能有一定的认知,然而嵌入式轨道和普通轨道系统在动力学性能上的量化差异有待进一步探明。基于首次在我国某地铁铺设的嵌入式连续支承无砟轨道试验线,在相同条件下开展地铁列车-嵌入式轨道系统和地铁列车-普通轨道系统关键位置动态振动特性测试,对比分析列车通过嵌入式轨道和普通轨道的轨道固有振动特性差异、运行稳定性和平稳性差异、钢轨和车辆关键位置的振动特性差异,评价嵌入式轨道在地铁中的实际应用效果。研究成果为地铁嵌入式轨道的实际运用提供了依据和参考。     

都四线齿轨列车牵引动力单元配置研究

参考国外齿轨铁路运用经验,针对工程运用需求,分析确定都四线齿轨列车宜采用独立式驱动模式.以满足列车设计牵引性能为目标,在不超过轮轨粘着极限的前提下,计算确定粘着转向架与齿轨转向架数量比应为5:3,粘着和齿轨牵引电机功率分别应不小于191.2 kW和330.2 kW.     

强风雨环境下高速列车空气动力学性能研究

为研究强风雨环境对高速列车空气动力学性能的影响,利用Lagrangian discrete phase model模拟雨滴在空气中的运动,并考虑空气与雨滴之间的相互作用,采用相间耦合方法实现强风雨环境模拟。通过开展强风环境下高速列车空气动力学计算及重力作用下的雨滴降落计算,验证计算模型的准确性。在此基础上,开展不同侧偏角、不同降雨强度条件下的高速列车风-雨两相流计算,研究强风雨环境下高速列车的流场特性及气动载荷特性。计算结果表明:当侧偏角相同时,随着降雨强度的增加,受雨滴撞击的影响,头车迎风侧的正压有所增大,头车背风侧的负压有所增大,列车横向气动性能恶化。强风雨环境下,气动载荷系数随着侧偏角和降雨强度的增加而增大,且近似与降雨强度成线性关系。当侧偏角相同时,气动载荷系数增加百分比随着降雨强度的增加而增大;当降雨强度相同时,气动载荷系数增加百分比随着侧偏角的增加而减小。强风雨环境下,高速列车气动载荷系数可以近似拟合为关于侧偏角和降雨强度的二次多项式,且降雨强度的二次项可以忽略不计。     

高速列车动力学参数的多目标抗风优化设计

为改善高速列车的抗风性能,基于车辆系统动力学和多目标优化理论,建立高速列车动力学参数的多目标优化设计方法,以轮重减载率和轮轴横向力为优化目标,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对高速列车的动力学参数进行自动寻优设计,分析优化设计变量与优化目标的相关性,并给出优化后的Pareto最优解。计算结果表明,通过优化高速列车的动力学参数,轮重减载率和轮轴横向力的数值最大可分别降低17.95%和10.26%,多目标优化可以显著改善高速列车的抗风性能。同时,对优化前后高速列车的其他动力学性能进行分析,以保证优化后的动力学参数在改善列车抗风性能的同时不会引起列车运行品质的严重恶化。     

桥梁上高速列车的强横风运行安全性

基于空气动力学和多体系统动力学理论,研究桥梁上高速列车的侧风运行安全性.研究远场气象风速与距轨面4m高、距迎风侧轨道中心线3.8 m远处的高速列车大风监测点的风速的关系;分析侧偏角和桥梁高度对高速列车气动载荷特性的影响;将气动载荷作为外加载荷作用于高速列车动力学模型上,分析桥梁上高速列车的运行安全性,给出高速列车在桥梁上的运行安全域.研究表明,大风监测点处的风速与气象风速成正比关系,且比例系数随着桥梁高度的增加而增大.对于10 m及10 m以上高度的桥梁,当车速一定时,只要大风监测点处的风速相同,高速列车的气动力系数、气动力矩系数和安全指标均与桥梁高度基本无关;对于10 m以下高度的桥梁,当车速一定时,仅由大风监测点处的风速无法确定出高速列车在不同高度桥梁上的气动力系数、气动力矩系数和运行安全指标,必须考虑桥梁高度的影响.当采用大风监测点的风速作为参考风速时,高速列车在低桥梁上运行比在高桥梁上运行偏于危险,应以低桥梁上高速列车的运行安全性来制定铁路沿线不同高度桥梁上高速列车的运行安全域.     

长大坡道对货物列车纵向动力学特性的影响研究

为研究特定编组下长大坡道对货物列车纵向动力学性能的影响,利用SIM PACK动力学分析软件建立列车纵向动力学模型,分析研究了坡道牵引启动工况与紧急制动工况下的列车纵向动力学性能并做了分析对比,经研究认为在牵引启动工况与紧急制动工况下列车的纵向动力学性能均符合要求.     

风沙环境下高速列车气动性能研究

为研究高速列车在风沙环境下的气动特性,基于多相流中的欧拉模型理论,建立了高速列车空气动力学模型。数值计算分析了高速列车在0°与90°风向角下的气动特性变化规律。计算结果表明:与无沙情况相比,列车在0°与90°的风向角下,头车的正压区域变大,尾车的正压区域变小,沙尘对头车的冲击最为严重;在0°风向角有沙情况下,列车头车、中间车、尾车的阻力均增大,列车总阻力增大6%左右,头车向下的升力与尾车向上的升力均变大,中间车的升力基本不变;在90°风向角有沙情况下,头车与中间车的阻力变大,尾车阻力变小,列车的总阻力变大,头车、中间车和尾车的升力均减小、侧力均增加。     

车间纵向减振器失效对列车动力学性能影响

为了研究车间纵向减振器失效对动车组动力学性能的影响,基于SIMPACK建立某高速动车组动力学模型;分析车间纵向减振器在失效工况下对整车动力学性能影响,有助于解决高速动车组车间纵向减振器异响及异常问题.研究结果表明:车间纵向减振器失效对稳定性影响不大,对垂向平稳性影响也较小,横向平稳性和舒适性有明显恶化;中间车横向平稳性...     

轻量化铰接跨座式单轨列车故障工况动力学性能研究

跨座式单轨交通系统具有诸多优点,但传统中大型跨座式交通系统建设成本较高,推广和应用受限.新型轻量化铰接式跨座式单轨系统建设运营成本低,具有广阔的推广应用空间.为分析列车故障工况动力学性能,分别建立列车在爆胎,垂向减振器、横向减振器失效情况下的列车动力学模型,验证不同工况下的动力学性能,并分析故障工况的列车合理限速.计算...     

高速列车滚动轴承支承松动系统动力学特性研究*

作为列车走行部的关键零部件,轴箱滚动轴承支承松动故障会直接影响到车辆的运行平稳性。针对高速列车滚动轴承内圈与轴颈配合的松动问题,提出一种车体-构架-悬挂-滚动轴承-轮轨的垂向耦合动力学模型,并采用优化的四阶Runge-Kutta数值积分及试验方法,研究不同松动间隙、不同行驶速度下,高速列车滚动轴承支承松动系统的非线性动力学特性。结果表明：理论计算与试验结果较吻合,松动间隙的大小对未松动侧轴箱的振动响应影响不大,但对松动侧轴箱的振动响应有较大影响,且可使得系统的运动状态由近拟周期运动发展为混沌运动。列车低速行驶时松动侧轴箱振动幅值和振动速度均比高速行驶时更大,轴箱振动响应的低频成分只与行驶速度有关,不随松动间隙的改变而改变。     

三环减速器的动力学性能研究

三环减速器的设计大大提高了减速的效率,得到了广泛的应用,本文从分析三环减速器的工作原理着手,分析了三环减速器的特点,对三环减速器的不同零部件进行动力学分析研究,对三环减速器的发展有一定的促进作用。     

三模块铰接式有轨电车转向架动力学性能研究

本文针对目前城市轨道交通领域重点关注的三模块铰接式有轨电车转向架总体方案进行了设计,首先通过参考现有铰接式车辆的结构,确定了转向架系统的组成并对其关键部分进行了选型,之后建立了三模块铰接式有轨电车动力学模型,在SIMPACK中仿真得到了不同运行工况下车辆的动力学性能指标。研究结果表明,该三模块铰接式转向架具有良好的直线运行稳定性、平稳性和曲线通过性能,均满足相关标准的要求,研究结果有望对三模块铰接式有轨电车的转向架设计提供一定的思路。     

大轴重机车牵引杆参数对动力学性能影响

为研发30t大轴重电力机车,研究了推挽式低位牵引杆各项参数对轮重减载率、车体平稳性和脱轨系数等动力学性能的影响。采用多体动力学软件SIMPACK建立2B0机车动力学模型。分析了车辆的直线与曲线通过性能。结果表明直线工况下牵引杆转角对车体垂向平稳性影响较大;曲线工况下随着牵引杆转角的增大导向轮对轮重减载率迅速降低,且变化的斜率随牵引杆长度增加而变大;小半径曲线工况下脱轨系数和轮轨横向力受牵引杆参数影响较小。     

拦阻钩缓冲器动力学性能试验研究与分析

开展了舰载机拦阻钩缓冲器动力学特性研究,提出了舰载机拦阻钩缓冲器动态力学特性及拦阻钩系统冲击性能试验方法,搭建了试验系统,进行了拦阻钩系统垂向冲击试验,揭示了拦阻钩缓冲器阻尼力随行程的变化规律。结果表明,缓冲器初始充填压力较小时,不利于拦阻钩顺利挂索,通过提高缓冲器初始充填气体压力,可以有效提高拦阻钩止转性能,有利于拦阻钩顺利挂索。将缓冲器动态阻尼特性曲线引入冲击环境下的拦阻钩纵向运动分析模型,对拦阻钩反弹高度计算结果与试验实测数据进行比较。结果表明,反弹高度计算曲线有效地反映了拦阻钩钩头的运动特点,计算结果在弹跳高度和弹跳时间上均大于试验测试结果,分析说明了计算误差产生的原因。     

抗蛇行减振器油液温度对车辆动力学性能的影响

考虑温度对抗蛇行减振器油液黏度的影响,基于动力学软件SIMPACK仿真研究油液温度对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明:在油液正常工作范围内,车辆蛇行临界速度随着油液温度降低而升高,低温(小于0℃)对车辆稳定性影响远大于高温(大于0℃),这是因为油液黏度随温度降低而升高,低温对油液黏度影响大于高温;当车辆速度小于200 km/h时,油液温度对车辆平稳性几乎没有影响,当车辆速度大于200 km/h时,油液温度对车辆平稳性有一定影响,且随着速度增加,影响程度也有所增加;油液温度对车辆安全性影响总体不是很大。