轮径差对车辆动态曲线通过的影响

主要分析了轮径差对动态曲线通过的影响,并利用相关的动力学软件对其进行了仿真计算分析,理论推断出了不同种类的轮径差对动态曲线通过的影响规律。轮径差包括等值同相轮径差、等值反相轮径差、前轮对轮径差和后轮对轮径差。仿真结果表明:等值同相轮径差会影响铁道车辆的动态曲线通过性,轮径差越大影响越明显;等值反相轮径差和前轮对轮径差则是随着轮径差的增大反而有利于铁道车辆的动态曲线通过性;而后轮对轮径差对动态曲线通过的影响不明显,仿真出来的横向力和脱轨系数曲线的规律基本是一致的。     

轮径差对道岔区轮轨接触几何和车辆过岔走行性能的影响

高速列车车轮磨耗或加工误差引起不同车轮名义滚动圆半径偏差,在道岔区固有结构不平顺作用下,轮径差加剧轮轨系统动力性能。为揭示轮径差对高速道岔区车辆走行性能的影响,以某型高速动车组和客运专线12号道岔为主要研究对象,在综合考虑不同轮径差对岔区轮轨接触几何关系影响的基础上,建立了高速车辆-道岔耦合动力学模型,系统分析了高速车辆存在不同类型和幅值轮径差时通过道岔的稳定性、安全性和平稳性。结果表明,轮径差使轮载过渡位置提前;小轮径车轮位于尖轨侧时,轮对侧滚角增大,道岔固有横向结构不平顺变化剧烈。等值同相轮径差显著恶化车辆过岔走行性能,等值同相轮径差达2mm时,轮轨横向力和脱轨系数快速增大,车辆过岔易发生失稳,平稳性指标达到峰值。建议将同相分布同轴轮径差2 mm或反相分布同轴轮径差3mm作为运用限度,将同轴轮径差1.5mm作为一、二级检修限度。     

轮径差对车轮踏面磨耗和滚动接触疲劳的影响分析

轮径差缺陷的长期作用对车轮磨耗以及滚动接触疲劳影响十分显著.基于多体动力学理论建立车辆动力学模型,计算全局接触参数;基于FASTSIM算法建立局部轮轨接触模型,计算接触斑内的轮轨接触应力分布及滑动距离;将其输入车轮踏面磨耗预测模型,计算接触斑内的磨耗分布;将接触斑内的磨耗分布叠加至车轮踏面,计算4种典型轮径差影响下的车轮踏面磨耗分布、磨耗深度和磨耗速率,并基于磨耗结果进行显著磨耗工况下的滚动接触疲劳分析.研究结果表明:随着轮径差的增大,踏面磨耗深度和磨耗速率显著加快;不同类型的轮径差均会导致车轮踏面发生偏磨,其中等值同向轮径差最明显,单个轮对轮径差次之,等值反向轮径差最小;轮径差会导致轮对发生偏移且显著增大轮对横移量,从而使滚动接触疲劳区域扩大,这不仅会降低车轮使用寿命,还将严重影响车辆高速运行安全,应及时监测并镟修.     

不同轮径转向架对车辆动力学性能影响分析

为研究不同轮径转向架动力学性能差异,基于车辆动力学和赫兹非线性接触理论,在恶劣线路下,采用2种不同轮径转向架的机车模型进行分析。主要考察研究轮径由1 050mm变为1 250mm,车辆的簧下质量有一定程度的增大时,对机车动力学性能以及轮轨接触磨耗的影响。结果表明,轮径增大后轮对、构架频响特性差异很小,通过赫兹非线性接触理论进行分析发现,轮径增大轮轨弹性变形增大,接触面积随之增大;黏着力与黏着系数同时变大,所传递的切向力升高,蠕滑力减小,轮对踏面磨耗功率降低,踏面磨耗得到一定改善。结果还表明,随着轮径增大车体质心的升高,在不同速度下车体平稳性指标发生一定的恶化,而一系簧下质量增大又降低了转向架临界速度。     

轮径差对地铁车辆轮对磨耗的研究

由于制造误差或轮对磨耗,车辆轮对在运行过程中逐渐产生轮径差。对于在城市轨道线路上运行的地铁车辆,由于运行线路固定,轮对周期性的受到相同外部激励,更易发生轮对磨损。通过建立SIMPACK地铁车辆模型,结合某市地铁线轨道实际情况。选择不同轮径差值的地铁车辆模型在该线路上进行动力学仿真。随着轮径差逐渐增大轮对摇头角、横向位移、磨耗功率、轮对蠕滑力都急剧增加。进一步增大了轮径差,恶化了车辆的动力学性能。     

铁路货车通过曲线轨道时的非线性运动稳定性研究

根据直线轨道上非线性车辆系统蛇形运动的极限环和曲线轨道上车辆的动态特性,给出曲线轨道非线性车辆系统蛇形运动的极限环,并计算出货车的非线性临界速度,分析曲线半径和外轨超高对货车非线性临界速度的影响。结果表明:在大锥度、横向位移激扰、轮对冲角等因素的作用下,货车轮对在曲线轨道上易出现蛇形失稳,并且在蛇形失稳时轮对的横向振荡剧烈,蛇形波长为3.6 m;与直线轨道上的极限环不同,曲线轨道上非线性车辆系统相对轨道中心线而言,具有2个稳定的极限环;当重载货车空车通过半径600 m、超高55 mm曲线轨道时,其非线性临界速度为76.4 km.h-1,低于直线轨道上的临界速度,说明曲线轨道的半径和外轨超高对车辆非线性临界速度有明显的影响,而且半径和超高越大,临界速度也越高,但当半径和超高增加到一定程度,临界速度不再随之增长。     

轮径差对车辆系统稳定性的影响

通过对有轮径差的转向架进行受力分析,理论推断出由于轮径差的存在而改变轮对的对中平衡位置,进而改变轮轨接触关系,影响车辆系统的稳定性。根据轮径差的大小将轮径差对车辆系统稳定性的影响划分为易稳定区、欠稳定区和亚稳定区。在易稳定区内,车辆系统的稳定性较高,而且不易发生轮对偏磨;在欠稳定区内,车辆系统的稳定性较差而且容易发生踏面偏磨;在亚稳定区内,虽然车辆系统的稳定性也比较高,但容易发生轮缘偏磨。运用数字仿真对理论推断进行验证,结果表明理论推断是正确的。为了提高车辆系统的稳定性和减轻车轮的磨耗,应尽量减小轮径差,使车辆经常运行于易稳定区。     

机车径向转向架的稳定性分析

为了解径向机构对径向转向架临界速度的影响,在分析径向转向架结构的基础上,建立轮对的运动微分方程。通过动力学仿真的方法,在频域和时域里分析径向导向机构对轮对振动的影响。研究结果表明,径向机构通过耦合同一转向架端轴轮对的摇头运动,可实现轮对摇头刚度的非对称,增大轮对的同相摇头刚度;径向机构激发转向架的反相蛇行振动模态,并且使轮对的振动模态向增大阻尼的方向移动,在一定程度上提高了转向架的稳定性;在悬挂参数相同的情况下,径向机构提高了60%的非线性临界速度。     

抗蛇行减振器对磁流变耦合轮对车辆的临界速度与高速曲线通过性能的影响

为使磁流变（Magneto-rheological Fluid，MRF）耦合轮对在工程化、实用化方面有较大的进展，作者建立了31个自由度的车辆系统数学模型，并通过仿真分析发现：车辆在没有安装抗蛇行运动减振器的条件下，当磁流变的屈服应力较小时，虽有较高的临界速度，但轮对横移量较大，易出现2点接触；若屈服应力增大，临界速度急剧下降，到一定值后则降幅变缓。当车辆安装合适的抗蛇行运动减振器后，可大幅度提高车辆的临界速度，在适宜磁流变屈服应力的配合下，车辆以高速和超高速在高速铁路上行驶时，轮对和车体均具有较好的横向动力学性能。因此，合适的抗蛇行运动减振器对磁流变耦合轮对车辆是必须的。     

基于轮对安装偏转角和轮径差的高速列车车轮磨耗研究

建立有初始安装偏转角和轮径差的轮对受力平衡方程,计算LM、LMA和S1002等3种踏面轮对处于平衡时的轮对冲角和横移量.以国产高速列车为例建立车辆动力学模型,基于FASTSIM算法和Braghin踏面磨耗模型分析初始安装偏转角和轮径差对车轮磨耗的影响.结果表明:初始安装偏转角对平衡后轮对冲角影响较大,轮径差主要影响轮对横移量;低的踏面等效锥度在制造误差存在时更容易形成大的轮对冲角和横移量;初始安装偏转角和轮径差会导致车轮出现严重的偏磨,且磨耗率随着偏转角和轮径差的增加而急剧增大;有安装偏转角和轮径差时,踏面等效锥度越大,车轮踏面磨耗率越小;运行速度对车轮磨耗的影响与初始安装偏转角和轮径差的大小有关.     

轨距对机车车辆稳定性影响的研究

基于惯性力与轮对蛇行频率及波长间的关系,研究轨距对机车车辆稳定性的影响,并通过对各种轨距下单轮对走行部和转向架式走行部的特征值计算,验证分析结果。结果表明:对于单轮对走行部,轨距越宽,车辆稳定性临界速度越高;对于转向架式走行部,轨距越宽,机车车辆稳定性临界速度越低;采用弹性定位后,可以提高单轮对走行部的稳定性临界速度;转向架采用弹性定位之后,优化的悬挂设计可以使机车车辆达到很高的稳定性临界速度;对于转向架式走行部,速度对稳定性的影响程度与轴距的影响程度相当,在其他条件不变的情况下,轴距增大20%,相当于其稳定性临界速度可提高20%;车轮踏面等效锥度和名义滚动圆半径对单轮对或转向架式走行部稳定性临界速度的影响与轨距的影响程度相同,锥度加大或轮径减小,均会降低机车车辆的稳定性。     

轮轨非线性几何接触对铁道车辆稳定性影响的研究

与一般的机械系统相比,铁道车辆系统有着特殊的轮轨接触关系。尽管在理论上轮轨接触的几何关系是确定的,但是它具有很强的非线性特征,在高速运行条件下对铁道车辆运行稳定性有很大的影响。分析了轮轨滚动接触的几何线性和非线性参数表达,并通过车辆临界速度分叉图讨论了它们对车辆运行稳定性的影响。分析结果显示:随着车轮踏面名义等效锥度的减小,会使车辆线性临界速度和非线性临界速度增大;而在名义等效锥度大致相同时,轮轨接触的几何非线性参数的变化对车辆的动力学响应有比较大的影响,随着它的减小,速度分叉图中轮对横移幅值小的临界速度明显减小。从现场实测数据分析也能得到相似的结果。     

南昌地铁车辆动力学性能研究

利用多体动力学软件SIMPACK建立南昌地铁车辆动力学分析模型,对该模型进行验证,仿真分析南昌地铁车辆运行平稳性、曲线通过能力及非线性运动稳定性,并探讨一系悬挂纵、横向刚度对非线性临界速度的影响。研究结果表明:该车运行平稳性、曲线通过能力良好;非线性临界速度为153 km/h,远大于最高设计速度;非线性临界速度随一系纵向刚度增大而增加,刚度达到6 MN/m之后,其变化对临界速度的影响较小;一系横向刚度对非线性临界速度影响呈先增大后减小的规律,峰值时横向刚度为5 MN/m。     

基于初态激扰法的铁道车辆蛇行运动不稳定极限环求解

针对铁道车辆蛇行运动分岔图中不稳定极限环通过整车动力学仿真求解困难的问题，提出直接积分求解不稳定极限环的方法——初态激扰法。该方法利用多体系统动力学软件Simpack建立高速列车动力学模型，采用Matlab软件对拟周期解进行动态加权调整后作为车辆系统主要部件的初始状态，在光滑轨道上时域积分获取刚体运动状态，在轮对横移幅值随运行速度变化的分岔图中绘制不稳定极限环及平衡点和稳定极限环，从而得到完整的车辆蛇行运动分岔图。以某高速列车为例，基于初态激扰法求解不同轮轨接触工况和抗蛇行减振器故障工况下蛇行运动分岔曲线。结果表明：新轮和磨耗轮工况的车辆蛇行运动分别对应Hopf亚临界分岔和超临界分岔行为，且磨耗轮工况下蛇行运动由亚临界分岔变为超临界分岔；不改变抗蛇行减振器阻尼仅减小卸荷力，对车辆Hopf分岔临界速度没有影响，但会降低车辆LPC (Limit Point Bifurcation of Circles)分岔临界速度并减小不稳定极限环的幅值，从而降低车辆横向稳定性。     

采用轮毂电机的独立车轮轮对的主动导向控制

研究采用左、右车轮的转速差作为反馈量对轮毂电机独立车轮轮对进行主动导向控制的效果。结果表明:如果仅使用转速差作为反馈量,只能使轮对获得类似刚性轮对的导向能力;而在补偿轨道曲率和车辆速度信息以后,可以使轮对的横移接近线路的中心位置。引入反馈控制后,随着控制增益的增加,系统的临界速度逐渐下降,补偿轨道曲率和车辆速度信息并不改变轮毂电机独立车轮主动导向控制的稳定性。在PI控制器作用下,基于左、右轮转速差为反馈量的轮毂电机独立车轮轮对的行为类似于弹性—阻尼耦合轮对,其稳定性与弹性—阻尼耦合轮对相同,在补偿轨道曲率和车辆速度信息后其导向能力能够优于弹性—阻尼耦合轮对。     

考虑轮对弹性时车辆运动稳定性分析

为了研究轮对弹性对车辆运动稳定性的影响,运用SIMPACK多体建模技术,建立了完整的车辆系统动力学模型.模型中,轮对视为弹性体,其余主要部件如车体、构架、轴箱等仍按刚性体处理.对比分析了弹性体轮对模型和刚性体轮对模型车辆的横向运动稳定性.结果表明,考虑轮对弹性时车辆临界速度较刚性轮对的值有所降低,但降幅不大.     

CRH380B动车组轮对高级修轮缘厚限值优化的可行性研究

为了优化CRH380B动车组轮缘厚高级修镟修限值,基于不同轮缘厚条件下的轮对磨耗规律和车辆动力学性能分析,采用多体动力学软件和Archard磨耗理论联合仿真求解的方式,利用非线性磨耗模型对车轮磨损进行预测,并使用多体并行仿真方法实时更新状态参数和接触力。结合仿真计算分析结果,并与实测数据对比,可发现当车辆运行速度低于350 km/h时,轮缘厚度对轮径磨耗量无明显影响;当车轮发生磨耗后,设置不同轮缘厚车轮的动车组均保持良好的动力学性能。因此,在保证车辆运行品质和安全性的基础上可以将高级修轮缘厚镟修限值降低至28 mm,提高车轮使用寿命,降低动车组运营成本。     

弹性车轮车辆临界速度及曲线通过性能分析

建立了弹性轮对车辆—轨道耦合系统动力学模型,对弹性轮对车辆—轨道耦合系统的临界速度及曲线通过性能进行了动力学仿真,并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。根据GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定及试验规范》进行评价,结果表明,弹性车轮的临界速度及曲线通过性能均满足要求。     

六轴机车轴间轮径差对动力学性能影响的正交分析

基于正交试验方法基本思想,借助仿真计算手段正交分析了六轴电力机车各轴之间轮径差对其曲线通过动力学性能的影响。采用多体动力学SIMPACK软件建立某HX系列六轴机车的动力学分析模型,以机车运行安全性指标为分析指标,选取各轴轮径差以及机车速度为影响因素,按照正交试验分析表所列组合工况逐一进行动力学响应计算,最后采用极差法分析各影响因素对分析指标的影响规律。分析结果表明:(1)机车轴间轮径差对动力学性能影响相对较小,明显小于机车速度的影响;(2)机车曲线通过时第1轴运行安全性指标受前转向架内轮径差的影响明显大于后转向架,且脱轨系数和轮重减载率都随着第1轴轮径差的增大而增大,随着第2轴和第3轴轮径差的增大而减小。     

机车轴间轮径差对其动力学性能影响的仿真分析

为了遵守车轮轮径差限度要求,在机车检修作业中旋修擦伤或磨耗车轮时经常需要对同机车其他未伤损车轮也进行旋修,往往会造成极大的浪费.鉴于此,以某三轴转向架电力机车为研究对象,采用仿真分析方法研究了不同轴位的轮径差对机车动力学性能的影响.采用SIMPACK软件建立机车动力学分析模型,计算了只对第一位转向架单个轮对旋修时机车的动力学响应.结果表明,各种工况下机车运行安全性指标均未超出限度值,在制定轮对旋修方案时从机车运行安全性的角度考虑可适当放宽机车同一转向架轮径差限度要求;但由于各轴轮对存在轮径差会对轮轨垂向力和机车的运行安全性指标产生一定的影响,同时也会对各轴牵引电机的工作性能产生影响,因此具体的轮径差限度值要通过进一步的试验和仿真研究来确定.