一系悬挂刚度对六轴宽轨机车垂向动力学影响

建立某型六轴宽轨电力机车的多体动力学仿真模型,研究机车在(60～160)km/h运行速度范围内和AAR5级轨道谱的激励下,一系悬挂刚度对其垂向动力学性能的影响。结果表明,横向和纵向定位刚度对机车垂向动力学性能的影响几乎可以忽略,但垂向定位刚度对机车垂向动力学性能的影响较大。当机车追求舒适性时,需要匹配较大的垂向刚度,否则就必须限制其最高运行速度。当机车运行速度超过100 km/h时,随着刚度的增加,轮轨垂向力会一定程度减小。     

六轴宽轨电力机车一系减振器开阀点研究

利用SIMPACK软件建立了共计90个自由度的机车动力学模型,针对一系减振器开阀点特性进行了研究。在AAR5级轨道谱的激励下,分析减振器的两级开阀速度、阻尼力,对平稳性及轮轨垂向动作用力的影响。结果表明初次开阀前,阻尼系数的增大会使垂向平稳性得到改善,但会使轮轨垂向力随之增加;第二级开阀速度、阻尼力对机车垂向动力学性能影响较小。综合考虑后重新匹配减振器各段开阀速度及阻尼力,在最大运用车速120 km/h时,前司机室Sperling指标相比原阻尼模型减小8.6%,垂向加速度减小9.95%;相比传统线性阻尼模型垂向Sperling指标减小11.9%,垂向加速度减小18.2%.可为1 520 mm宽轨机车一系减振器的开阀点匹配设计提供理论依据和方法。     

悬挂式单轨车辆曲线通过性仿真研究

针对悬挂式单轨车辆曲线运行平稳性和舒适性容易受到线路设计因素影响的特点,采用虚拟样机仿真平台对其曲线通过性进行了研究。首先,较系统的分析了悬挂式单轨车辆的结构及其特点;在此基础上建立了模拟悬挂式单轨车辆橡胶轮胎的轮胎模型;然后,参照悬挂式单轨车辆单节完整的拓扑图建立动力学仿真模型;最后,进行了典型工况下的悬挂式单轨车辆的仿真分析。结果显示,在曲线通过安全限速内,导向轮受力随着车辆速度的增加几乎呈线型增长;而随着曲线轨道距离的增大导向轮径向受力基本保持不变。不同曲线半径工况下,曲线通过平稳性预测结果:垂向平稳性指标最大值为2.24,横向平稳性指标最大值为2.15,二者数值均在我国国家标准《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》(GB/T 5599-1985)规定的平稳性等级2.5以内;垂向最大加速度为0.64 m/s2,横向最大加速度为0.45 m/s2,轮重减载率最大值为0.56,均符合国际联盟颁布的《铁路运输国际标准》(UIC 505)规定。表明利用虚拟样机技术仿真平台建立的单轨车辆模型能够较好的应用于车辆的曲线通过性的评价,并能进一步应用于后续运行特性研究当中。     

高速客车悬挂参数对临界速度的影响研究

介绍高速客车蛇形运动和临界速度,引入蛇形运动Hopf分岔,用"升速法"和"降速法"分别求解线性临界速度和非线性临界速度.用德国低干扰轨道谱作为轨道不平顺激扰,基于多体动力学软件SIMPACK,建立高速客车仿真模型,完成参数设置.求解出高速客车线性临界速度为400 km/h,非线性临界速度为355 km/h,绘制蛇形运动Hopf分岔图.对车辆主要悬挂参数进行线性处理,通过控制变量法分析单个悬挂参数对车辆非线性临界速度的影响;对于单个悬挂参数的取值,用变化系数法逐一实验.结果表明,适当增大抗蛇行减振器阻尼,车辆稳定性提升明显,轴箱定位刚度的影响次之,横向减振器主要提高车辆的曲线通过能力,空气弹簧参数对非线性临界速度基本没有影响.     

高速列车系统振动响应随运行速度的变化特征

运行速度不断提升是当今高速列车发展的趋势;而车辆系统振动响应随运行速度的变化特征可作为衡量列车设计性能好坏的指标。采用多体动力学软件和有限元方法相结合,建立刚柔耦合的列车动力学模型;其中轨道不平顺激励中的动态不平顺部分采用实车实测数据标定。通过仿真,获得车辆系统在0~50 Hz频率范围内的振动响应随运行速度的变化特征。结果表明,随着运行速度的提高,车辆系统振动响应与平稳性指标呈现非单调的增长趋势。受轨道板长度为周期的动态不平顺激励影响,车辆在低速存在不利运行速度区域。     

轨道客运车辆山区小半径曲线通过性能分析

为了解决山区小半径曲线下车辆运行安全性低、平稳性差等问题,基于车辆轨道耦合动力学建立某型轨道客运车辆动力学模型;给出线路参数方程及车辆动力学方程,并对其进行仿真计算,分析曲线半径、缓和曲线长度、欠超高等山区工况曲线几何参数对轨道客运车辆通过性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等曲线通过性能指标均随着圆曲线半径、缓和曲线长度、欠超高的增大而有明显的降幅,车辆曲线通过性能增强,安全性和平稳性提高.     

不同位置横向减振器失效对地铁车辆动力学性能影响

为了研究地铁车辆不同位置二系横向减振器失效对地铁车辆动力学性能影响,建立了横向减振器力元模型和地铁车辆非线性动力学模型,分别计算并比较了地铁车辆二系横向减振器正常状态、前转向架横向减振器失效、后转向架横向减振器失效、整车横向减振器失效这四种状态下地铁车辆的临界速度、脱轨系数、轮重减载率和平稳性指标。结果表明：不同位置横向减振器失效均会使地铁车辆的临界速度有所降低;均会使地铁车辆的脱轨系数和轮重减载率略微增大,但影响非常小;横向减振器失效对垂向平稳性指标影响不明显,但会使横向平稳性指标显著增加;并且前、后转向架横向减振器分别失效时地铁车辆动力学性能没有显著差异。     

基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化

针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题,首先,以国内某型2B0轴式高速机车为基础,采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型;其次,以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标,同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态,通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计;最后,根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型,并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明：在参数给定优化范围内,机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响;而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感,前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感,在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外,将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台,并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性,可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。     

高速列车系统振动响应随运行速度的变化特征分析

运行速度不断提升是当今高速列车发展的趋势,而车辆系统振动响应随运行速度的变化特征可作为衡量列车设计性能好坏的指标。本文采用多体动力学软件和有限元方法相结合,建立刚柔耦合的列车动力学模型,其中轨道不平顺激励中的动态不平顺部分采用实车实测数据标定。通过仿真,获得车辆系统在0-50Hz频率范围内的振动响应随运行速度的变化特征。结果表明,随着运行速度的提高,车辆系统振动响应与平稳性指标呈现非单调的增长趋势。受轨道板长度为周期的动态不平顺激励影响,车辆在低速存在不利运行速度区域。     

基于全因子DOE的机车抗蛇行减振器布置方式及参数优化

针对国内某型160 km/h高速机车,归纳出4种典型的抗蛇行减振器布置方式,并通过SIMPACK建立机车动力学模型。以提高机车横向平稳性和蛇行稳定性为目标,采用基于全因子DOE方法对抗蛇行减振器阻尼、关节刚度和横向安装角进行优化,并利用Pearson相关性系数分析法研究抗蛇行减振器参数对机车横向动力学性能影响规律。研究结果表明：布置方式对机车横向动力学性能具有显著影响,当采用开口向外布置方式时,机车可实现较优的横向平稳性且可以通过调整横向安装角来消除前后司机室横向平稳性差异。此外,减小抗蛇行减振器阻尼和关节刚度有利于改善机车横向平稳性和蛇行稳定性,与布置方式无关;但横向安装角对横向动力学性能的影响受到布置方式的影响。     

美国AAR与LMA车轮踏面在CHN60上的动力学对比分析

不同车轮踏面与不同轨道的配合,对于车辆在轨道上的运行情况有着很大的影响,与高速铁路车辆在轨道上运行时的乘客的舒适性、车辆的安全性及铁路车辆车轮与轨道之间的动力特性密切相关。为研究美国车轮踏面(AAR型踏面)与LMA踏面的动力学性能,采用专业的轨道车辆系统动力学分析软件SIMPACK进行不同踏面的车辆建模分析,通过不同轮对踏面在同一钢轨上的运行情况,对比分析两种踏面的车辆的动力学性能。文章就车辆在轨道上运行时的平稳性、安全性以及车辆运行时通过曲线的能力,从这三个方面对比分析AAR和LMA车轮踏面在高速行驶的过程中的动力学性能。     

SS7E机车动力学分析模型的试验验证及工程应用

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了较为详细的SS7E机车在弹性结构轨道上的动力学仿真分析模型,详细的考虑了牵引电机的弹性悬挂与各部件之间的止挡.结合试验结果,对模型及其仿真计算结果进行了验证.结果表明,试验值与仿真计算值吻合良好,该模型能够用来分析SS7E机车的动力学性能.最后,针对该机车在实际运营过程中出现横向非线性异常振动现象,进行了机车二系横向减振器阻尼大小及工作状态对机车舒适性影响等方面的研究.     

抗蛇行减振器常见故障对高速列车动力学性能的影响

以CRH380B型动车组为实例,结合实际中常见的抗蛇行减振器故障,基于车辆动力学理论,利用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,通过改变抗蛇行减振器阻尼特性来模拟不同故障类型,从而对车辆进行动力学研究.结果表明:当抗蛇行减振器故障后的剩余阻尼力在标准阻尼力50%以下时,对车体平稳性、稳定性、曲线通过性能均有很大影响.其中当抗蛇行减振器剩余阻尼力为标准力值的50%时,车体垂向和横向平稳性指标分别达到了1.85和2.20,脱轨系数达到了0.45,非线性临界速度降低到了271km/h.得出抗蛇行减振器的最佳阻尼特性:当卸荷速度为0.03m/s,卸荷力为8~9kN时,车辆各动力学性能达到相对最优状态.     

基于横向稳定性的快速货车转向架研究

本论述建立了具有8自由度的快速货车转向架的非线性动力学模型,考虑了系统中的干摩擦力和轮轨相互作用力等非线性因素.应用数值仿真的方法研究了快速货车转向架系统的横向稳定性.当系统速度低于其临界速度,系统受到扰动后收敛到平衡点,此时系统可以保持比较平稳的运行状态;当系统超过其临界速度,系统运动表现为横向蛇形运动,此时系统的运行状态发生恶化,甚至发生脱轨等危险状况.     

基于多体动力学的铁路客车运行不平顺分析

铁路客运中,车辆运行的轨道平顺程度极其影响旅客乘行的舒适程度,需要对此进行深入分析。通过选定国内铁路轨道的线路等级,参考美国轨道不平顺谱密度函数,反演获得轨道不平顺谱的时域激励,并构建车体与轮对的自由度数学模型状态方程以进行简易计算。在车辆动力学仿真软件中搭建客车车体、转向架及二系悬挂系统并对其进行动力学仿真,获得其在选定激励及道路条件下的响应,通过数据后处理,监测其轮轨垂向和横向载荷,并进行脱轨危险性评价,由此肯定国内轨道与车辆的配型。     

高速列车减振器组合阻尼特性效应研究

针对我国轨道车辆型号多、不同型号减振器参数差异较大的状况,开展减振器组合阻尼特性效应研究.采用动力学仿真软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,加入实测武广线轨道激励并考虑车辆系统非线性关系,在模拟运行速度300 km/h的情况下得到动力学性能指标,分析抗蛇行减振器和二系横向减振器组合阻尼作用对车辆动力学性能的影响.结果表明:合理的抗蛇行减振器和二系横向减振器组合阻尼参数可明显提高车辆动力学性能,车辆平稳性和稳定性主要受抗蛇行阻尼的影响,受二系横向阻尼的影响较小;建议高速车辆减振器的选取综合考虑阻尼参数的组合效应,适当增大抗蛇行阻尼的同时,合理减小二系横向阻尼,本研究可以为减振器参数的选取和优化提供相应的理论依据.     

轨道车辆运行平稳性评价算法一致性分析

国内外轨道车辆运行时振动相关舒适性评价基于ISO2631-1、UIC513以及GB/T 5599标准，其中我国广泛采用的GB/T 5599-2019规范中的Sperling指标算法，将采样时间由1985版本的18~20 s缩短为与UIC513标准相同的5 s，引起相同测试数据的平稳性指标结果增大的问题。分析上述三种运行平稳性及舒适性指标算法，通过车辆线路实测数据与仿真数据相结合，研究不同算法关于采样时间长度的指标一致性及其机理，采用频率分辨率量化了非平方加权谱由于时频能量转换不对应导致的指标结果不稳定现象，基于此提出相应的平稳性指标一致性修正算法。结果表明：ISO2631-1与UIC513标准算法基于振动数据时频域转换的能量对应性，其计算结果与采样时间长度不相关，而GB/T 5599中采用的频域立方值算法因不满足能量一致性原则，在栅栏效应和能量泄露的影响下，缩短采样时间使得加速度频谱幅值增大，进而引起运行平稳性指标增大。提出的基于统一频率分辨率的平稳性指标一致性修正算法，并经动力学仿真数据验证有效，这为完善轨道车辆动力学分析与测试中振动舒适性的相关算法与评估限值制定提供理论依据。     

侧向风作用下跨座式单轨车辆运行平稳性研究

 针对侧向风作用下跨座式城市单轨车辆的运行平稳性问题,利用多体动力学软件Adams 建立跨座式单轨车辆“车体-轮胎-轨道梁”耦合系统动力学模型,基于空气动力学原理,研究了侧向风风压中心随着车辆运动过程的变化情况,并对不同车速、风速、轨道梁线形下跨座式单轨车辆在侧向风作用时的运行平稳性进行仿真计算和对比分析,结果表明,车速和风速的变化对在侧向风条件下的跨座式单轨车辆横向加速度影响很大,会进一步影响车辆的运行平稳性,且当车速或风速过大时,车辆不满足平稳性指标,会发生失稳现象。     

某型号高速列车M车的振动舒适性分析

研究了如何在高速列车设计阶段预测机车振动舒适特性.首先采用ANSYS建立某型号高速列车M车的有限元模型,在MATLAB中采用频域法对功率谱密度进行处理;然后以轨道水平不平顺为例进行瞬态分析模拟出高速列车在运行时的整车响应,采集地板上某些节点加速度响应数据,进行相关处理后得出了M车对应的舒适度和平稳性指标.这种方法使理论设计阶段进行有效地评价高速列车在不同运行工况下的振动特性和旅客乘坐舒适性成为可能     

100％低地板轻轨车辆动力学性能及悬挂系统故障分析

利用特定设计的独立车轮踏面和50 kg钢轨匹配的轮轨关系,基于SIMPACK软件建立了100%低地板轻轨车的多体动力学模型,采用优化后的悬挂参数,分析了空重车工况下车辆的动力学性能,同时考虑了五种悬挂系统故障工况对轻轨车辆运行平稳性和安全性的影响.结果表明,此种100%低地板车在通过小半径曲线时需将速度降至10 km/h以下,悬挂系统故障会不同程度影响低地板车的动力学性能,尤其二系垂向悬挂系统故障对的垂向平稳性指标和横向平稳性指标均有较大影响,对运行安全性指标也有较大影响.