列车空簧区域防积雪结冰研究

从仿真分析、风洞试验和线路测试3方面入手,综合分析转向架加装前端导流装置和空簧局部导流防护装置对列车空簧部位积雪结冰的影响。研究发现,采用全局导流和局部导流防护组合优化方案后,转向架前端来流出现明显下压现象,转向架区域上部的气流流速减小,下部气流流速增加,一方面减少了夹杂着雪花的气流对转向架区域的直接冲击,另一方面使得下部与转向架结构无接触的气体迅速通过转向架,从而在整体上减少了转向架各关键部件的积雪;在空簧处气流漩涡明显减少,使得雪粒子不容易被带入空簧附近区域,转向架空簧区域积雪量减少近80%,只在连接部位的缝隙处有少部分积雪,对列车的平稳性和舒适性影响甚微,提升了列车在高寒多雪地区的适应性。     

高速动车组转向架积雪特性数值仿真及优化设计

基于三维不可压缩Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对350 km/h高速动车组明线运行转向架周围空气流场进行数值分析,采用离散相模型对路面积雪引起的转向架风雪两相流流场进行数值研究。结果表明,转向架周围流场存在的大量空气涡流,影响了转向架周围的空气压力分布。转向架表面的雪花颗粒黏附堆积情况与转向架的安装位置及其周围的空气流场压差有关。中间车第一个转向架颗粒黏附数量最多,尾车第二个转向架黏附数量最少。通过优化转向架周围的裙板结构,转向架周围的空气压力有明显变化,转向架周围垂向方向空气压力差有减小趋势,转向架表面及前后导流板雪花颗粒黏附堆积数目比原方案降低了51.03%。     

基于离散相的高速动车组转向架区域积雪问题研究

为了研究高速动车组转向架区域的积雪结冰问题,针对简化的车体和转向架模型,采用三维非定常雷诺时均Realizable k-ε湍流模型(URANS),耦合离散相模型(DPM)流场仿真计算,模拟高速动车组转向架区域流场和雪粒子分布情况。研究结果表明:转向架底部高速气流携带雪花从转向架中部和后方向上折返进入转向架上方区域,并形成低速漩涡,雪花在狭窄处逐渐堆积;转向架底部各零部件迎风侧表面受到气流直接冲击,表面呈现较为明显的正压,在发热零件表面极易形成积雪积冰。另外,沿着列车运行方向,后3台拖车转向架比第1台拖车转向架表面的粒子黏附情况依次减少56.43%,95.42%,95.47%,第2台动车转向架比第1台动车转向架表面黏附粒子数减少51.74%。     

高速列车制动夹钳积雪结冰数值仿真研究

采用基于Realizable k-ε湍流模型的数值仿真方法对制动夹钳积雪结冰问题展开研究,并通过风洞实验验证数值仿真结果的正确性。分析制动夹钳周围的空气流动特性和夹钳表面的压力分布特点。研究结果表明:高速气流主要在转向架下部流动,仅有少量低速气流向上偏转进入到转向架上方区域。大量雪粒子跟随高速气流冲刷制动夹钳并在其下表面形成严重的积雪结冰,而少量雪粒子跟随上扬气流进入转向架上方区域,重力作用下,在夹钳上表面形成少量积雪。雪粒子跟随高速列车单向运行时,气流对后侧制动夹钳的冲刷作用强于前侧,前侧夹钳处于负压环境中,而后侧夹钳迎风侧和底部呈现明显正压,导致后侧夹钳的积雪结冰前侧夹钳更为严重。     

高寒动车组转向架区域积雪结冰数值仿真研究

对简化的高寒动车组模型,运用OpenFOAM进行网格划分,采用SST k-ω的湍流模型来模拟高寒动车组转向架区域的空气流场特性,分析转向架区域的速度场与压力场。研究结果表明,转向架区域结构复杂,夹带雪粒子的气流将冲击转向架区域的发热元件,所受冲击部位正压较大,夹带的雪粒子于此迅速融化、结冰。同时在转向架上方存在大量低速涡流,雪粒子在低速涡流处静止并落于转向架部件表面。随着速度增加,转向架区域中夹带的雪粒子增加,相应部位的积雪、结冰问题更为严重。     

单轴转向架车辆动力学仿真

常规和非常规转向架对车辆的曲线通过性能的影响进行了对比,并介绍了几种采用非常规转向架车辆的运用实例,该车辆形式因具有较好的曲线通过性能而日渐受到关注。通过理论分析,本文提出了一种采用单轴转向架的短车体车辆模型设想,并运用多体动力学分析软件SIMPACK对该转向架及车组的动力学性能进行了仿真模拟。结果表明,该模型在满足运用要求稳定性的条件下,在曲线通过性能方面具有明显的优势,尤其适用于小半径曲线的轨道线路。     

单轴转向架跨坐式单轨车辆牵引平衡装置参数研究

根据单轴转向架跨坐式单轨车辆自身结构的特点,在转向架与车体之间安装有平衡拉杆与牵引拉杆。因平衡杆和牵引杆之间存在相互作用影响,如果两者设计不当,将会导致整车动力学性能恶化,所以需要恰当地选取平衡杆及牵引杆的刚度参数以及安装位置。通过仿真计算分析了牵引平衡装置的参数对整车动力学性能的影响,合理选取了满足车辆最佳动力学性能的牵引平衡装置参数。     

单轴式单轨转向架空气悬架参数优化

对单轴转向架的结构以及空气悬架进行分析,建立了单轴式单轨车辆系统的动力学拓扑结构,并运用动力学软件SIMPACK建立动力学仿真模型。通过ModeFRONTIER软件的灵敏度分析功能,对单轴转向架空气悬架参数进行筛选,得到对导向力矩和走行轮侧偏合力这2个优化目标影响显著的空气悬架参数,分别为空气弹簧的纵向刚度、纵向阻尼和垂向阻尼。利用改进型遗传算法对这3个参数进行多目标优化。优化后的导向力矩较优化前减小了4.76%,走行轮侧偏合较优化前减小了7.57%,改善了车辆的曲线通过性能。     

基于风雪两相流的高寒动车组转向架防冰雪扰流技术研究

针对高寒动车组冬季运行时转向架处存在冰雪堆积的问题,运用商用软件STAR-CCM+和拉格朗日颗粒模型,采用更为直观的风雪两相流技术对扰流设计后转向架区域冰雪附着情况进行模拟分析,并以壁面上的雪颗粒入射质量通量(IMF)来评价转向架区域的扰流板防冰雪效果。计算结果表明:雪强、雪颗粒附着特性、车速、扰流板高度对转向架冰雪附着率均有影响;扰流效果比较好的2种方案是,1改进的流线型扰流板方案可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的54%,同时自身承受24%的附着量;2高200mm的扰流板可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的70%,同时自身承受9%的附着量。并且扰流板上的附着量不会结冰,会随着气流流动的方向流向地面。     

高速客车转臂式轴箱定位转向架曲线通过特性

为研究高速客车转臂式轴箱定位转向架通过曲线时的蠕滑导向性能,基于多体系统动力学及车辆的稳态曲线通过理论,分析曲线上轮对的受力特点,采用动力学软件SIMPACK计算转向架高速通过曲线轨道时的导向蠕滑力,研究转臂结构参数对转向架运动状态和轮轨蠕滑力的影响。计算结果表明,转向架以欠超高状态通过曲线时,随着转臂长度和相对于轨面倾角的增加,转臂回转导致前轮对正向摇头角明显增大,产生更大的轮轨横向蠕滑力,使轮对向曲线内侧偏移,轮对横移量逐渐由负值变为正值;后轮对正的摇头角则不断减小,横向蠕滑力随之下降,受前轮对影响,后轮对向曲线内侧移动;转臂长度超过0.2m后,转臂长度及倾角均会对转向架曲线通过性能产生明显的影响。     

转向架结构及近期发展方向(待续)

以日本铁道车辆为实例 ,介绍了转向架的基本知识、结构、轮轨关系和各主要部分的功能 ,阐述了与转向架密切相关的空气弹簧、基础制动装置、驱动电机的悬挂安装及传动方式、踏面形状等的演变情况和新技术在转向架上的应用以及转向架技术的发展方向     

城市轨道交通车辆转向架柔性构架研究

针对转向架柔性构架技术进行了专题研究,分析了实现构架柔性的不同方式。提出了一种弹性铰接式双“T”型柔性构架方案,其扭曲刚度可低至0.03 k N/mm。采用Abaqus软件分析了电机悬挂方式和抗侧滚扭杆装置对柔性构架的干涉。仿真分析表明,基于双“T”型柔性构架平台的永磁直驱电机弹性悬挂,优选三点架悬方式;为降低抗侧滚扭杆装置对构架柔性的影响,抗侧滚扭杆装置的安装位置应尽量靠近构架纵向中心位置。     

后轮对独立回转新型转向架曲线通过性能的研究

后轮对独立回转新型无摇枕转向架的曲线导向性能主要取决于其前轴的一系纵向定位刚度,而后轴的一系纵向定位刚度对导向性影响较小。因此,为了同时保证其曲线导向性和直线稳定性,对转向架一系纵向刚度可采取前后轴非对称布置。建立具有14个自由度的非线性车辆模型和车辆通过曲线轨道时的运动方程,采用MATLAB语言编写计算程序,对4种非对称布置方案的转向架曲线导向性能进行仿真对比分析。仿真分析结果表明,当刚度以车辆中心对称布置时,若外侧轮对纵向刚度小,内侧轮对纵向刚度大,则前转向架性能基本保持不变,而后转向架曲线通过性能变差,但其摇头角比前后刚度较大的方案要好;当第一、第三轮对的纵向刚度较小和第二、第四轮对的刚度较大时,转向架曲线通过性能好,且又改善了其在直线上的横向稳定性,是较适合高速运行的转向架布置方案。     

货车转向架悬挂参数与运行性能研究

简要阐述了货车转向架的简化抗弯、抗剪、抗菱参数的概念,分析了其对车辆直线横向稳定性和曲线通过性能的影响。给出了H型构架式、三大件式转向架和径向转向架的简化抗弯、抗剪、抗菱刚度的计算公式。以此为基础,分析了我国货车转向架的发展与运用概况。最后提出了对货车转向架研制和进一步发展的建议。     

几何参数对副构架径向转向架动力学性能影响的研究

比较了两种典型副构架径向转向架径向机构的不同点,通过分析副构架式径向转向架交叉杆水平面内的受力情况,建立转向架等效模型,解方程组得到其等效剪切刚度关于交叉杆横向安装跨距的函数表达式,分析出交叉杆几何参数对转向架动力学性能的影响,并通过SIMPACK仿真模型计算验证。     

独立轮对柔性耦合径向转向架的导向特点

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,该公式表明:独立轮对柔性耦合径向转向架导向能力的好坏关键在于耦合刚度的选取,而耦合刚度的选取只与列车系统的二系悬挂纵向刚度、二系悬挂横向跨距、车辆定距、转向架轴距等内在结构参数有关,与列车运行速度和轨道曲线半径等外界环境参数无关。进一步的仿真分析表明:无论曲线半径、运行速度、未平衡离心加速度和轮对横移量等外界条件怎么变化,独立轮对柔性耦合径向转向架都会在二系悬挂系统和柔性耦合元件的协调作用下自动把前后轮对调整到径向位置,这不仅验证了理论推导公式的正确性,也佐证了独立轮对柔性耦合转向架面对复杂多变的外部环境确实具有很强的自适应径向调节能力。     

客车转向架系统可靠性设计研究

采用统计方法对转向架系统故障数据进行了分析,获得了转向架系统故障变化规律,并运用指数函数对故障上升段的数据进行了曲线拟合,最后以获得的平均故障率为依据,按相对失效率比和重要度的分配方法,进行了客车转向架系统可靠性分配实例设计。     

基于模态贡献量的转向架接地轴端异常振动分析

以某型列车转向架为例,基于模态相关性原理,采用有限元计算和试验相结合的方法,建立了接地轴端的有限元模型,分析转向架接地轴端异常振动问题。通过对轴端关键部件进行模态分析和模态贡献量分析,得到了引起接地轴端异常振动的主要模态。分析结果表明,轴箱转臂在垂向的弯曲振型对振动的影响最为明显。提出了相应的振动控制措施,可为今后解决车辆局部振动问题提供参考。     

基于动应力试验的转向架构架疲劳寿命预测

对某地铁车辆转向架的构架进行了在线动应力试验,通过试验得到了实测的应力—时间历程,根据疲劳危险点的选取原则选出几个疲劳危险测点对其进行评估,然后运用雨流法对疲劳危险测点的应力—时间历程进行循环计数后编制出二维应力谱,最后结合存活率为95%的16Mn钢试样疲劳P-S-N曲线,应用Miner线性疲劳累积损伤理论对该地铁转向架构架进行了疲劳寿命的预测。     

加装转向架裙板对动车组气动载荷的影响

某型动车组在最高时速(250 km/h)运行时受空气动力载荷影响明显。为了研究加装转向架区域裙板对动车组整车气动载荷的影响,对该型动车组加装与不加装裙板的两种情况进行了仿真计算。分析结果显示,加装裙板对改善动车组整车动力学性能有积极的作用。