270 km·h-1高速动车模态分析

按弹性体考虑,建立由车体、前后构架和4个轮对轴箱构成的270 km.h-1高速动车模型。采用弹簧单元和拉杆单元模拟一系、二系悬挂及牵引拉杆和轴箱拉杆;设置节点自由度耦合来模拟顶盖与车体其他部件的螺栓连接;在各设备质心位置创建质量单元,用弹簧单元将质量单元与底架上相应设备的支点连接起来以模拟设备质量的影响。用ANSYS软件的Block Lanczos算法提取了270 km.h-1高速动车在考虑设备质量和不考虑设备质量两种情况下的前200阶特征值和特征向量,并对这两种情况下的整车振动特性进行比较分析,得到如下结论:不加设备质量时,与垂向变形相关的振型,其频率明显高于加设备质量时的相应频率;与其他方向变形相关的振型,其相应频率在这两种情况下差异不大;整车刚度按二系悬挂、一系悬挂、车体、构架、车轴的顺序由弱变强;整备状态下车体出现垂向弯曲振型的最低频率为10.42 Hz,满足《200km.h-1以上速度级铁道车辆强度设计及试验规范鉴定暂行规定》的要求。     

利用高速铁路轨道不平顺谱估算不平顺限值的方法

基于车辆-轨道耦合动力学理论,结合我国高速铁路轨道不平顺的管理模式,提出利用高速铁路轨道不平顺谱进行不同管理等级轨道不平顺限值估算的方法。以中国高速铁路无砟轨道不平顺谱激扰作用下中国典型高速车辆在板式无砟轨道上运行为例,进行350km/h行车速度条件下轨道高低、轨向、水平、轨距不平顺各管理等级(Ⅰ~Ⅳ级)对应限值的估算,并与传统单一谐波(波长为10、40m)激扰作用下计算获得的限值和国内外高速铁路轨道不平顺标准对比分析。结果表明,采用本文所提的限值估算方法,以包含多种波长成分的随机不平顺作为输入激扰,相比单一谐波的计算方式考虑更为全面,可反映轨道不平顺各波长成分对行车品质的共同作用;相比国内外高速铁路轨道不平顺标准,在本文仿真计算条件下,利用高速铁路轨道不平顺谱估算的各管理等级轨道不平顺限值总体居于国内外标准之间。因此,本文利用高速铁路轨道不平顺谱进行轨道不平顺限值估算的方法是可行的,为采用动力学仿真手段获取轨道不平顺理论限值提供了一种新途径。     

高速列车齿轮箱箱体动应力响应及疲劳可靠性研究

高速列车铸铝合金齿轮箱在服役过程中承受复杂的载荷条件和随机应力。以某新型高速列车齿轮箱为研究对象,结合线路试验分析列车运行速度、电机输出扭矩及线路条件对箱体动应力响应及疲劳强度的影响,利用应力—强度干涉理论建立齿轮箱等效应力—疲劳强度干涉可靠性模型,分析齿轮箱箱体疲劳可靠度与服役里程的关系。结果表明:随着列车运行速度和电机输出扭矩的增大,箱体各测点的应力水平均有不同程度的增大,其中端部吊杆座处的应力变化最为明显;当列车运行速度由200km·h-1增加到400km·h-1时,其最大动应力幅值增大约120%,电机输出扭矩由0变为1400N·m时最大动应力幅值增大约150%。此外,线路条件对箱体等效应力也影响显著。随着列车服役里程的增加,箱体疲劳可靠度不断降低,在一定可靠度下,随着铝合金箱体铸造水平等级的提高,齿轮箱箱体寿命延长,铸造孔径为0.5mm时的服役里程是铸造孔径为0.9mm时的3.8倍。     

高速列车基础制动系统的设计研究

结合270km·h-1高速列车基础制动系统的研制现状,在大量试验和仿真计算的基础上,计算和分折盘形制动的受载机理、材料性能及盘形制动功率极限。通过比选分配复合制动和纯空气制动等不同工况的制动力,计算动力车和拖车的制动缸压力。通过计算分析得出,270km·h-1高速列车采用动力制动和盘形制动时的制动距离为3514 7m,能够满足高速列车的制动初速为270km·h-1时紧急制动距离小于3700m的要求。但是,经分析认为当运行速度超过250km·h-1时,除采用动力制动和盘形制动外,还是应同时采用涡流制动、磁轨制动等多种制动方式,以减轻盘形制动的负荷,延长制动盘和闸片的使用寿命,降低运营成本。     

铁路货车振动试验台轨道激扰信号创建方法研究

对车辆进行振动性能试验是为分析车辆的运行平稳性等动力学指标。介绍在铁路货车车体疲劳与整车振动试验台上创建轨道激扰信号的2种方法。一种是基于实测轨道激扰的输入方法,采集车辆在线路运行时轴端等部位的振动响应数据,通过迭代的方法在试验台再现振动响应信号,求得试验台上的时域激扰信号。另一种是应用轨道不平顺特征的轨道谱拟合公式,经过反演求得各级轨道谱的时域波形。分析2种方法的优缺点,为实际使用时进行方法选择提供依据。     

连续交点型局部不平顺对机车性能影响分析

通过MATLAB软件模拟交点型不平顺,作为机车模型的外部激扰输入,根据机车车辆动力学理论,以机车动力学指标为依据,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,分析了轨道随机不平顺及具有连续波数的交点型不平顺对机车运行安全性及平稳性的影响。仿真结果表明,在轨道交点型不平顺幅值和波长一定的情况下,轨道交点型不平顺的波数越多,对机车运行安全性和平稳性的影响就越大,并且都大于仅有随机不平顺激扰的情况。机车速度为160 km/h,在轨道含有连续三波交点型不平顺情况下,轮重减载率为0.685,超过了评定标准的限值0.65,因此,必须对轨道交点型不平顺的波数加以控制,或严格限制车速。     

400km·h^-1高速铁路无砟轨道基床结构及关键参数研究

为掌握列车荷载作用下路基应力概率分布特征,进行基于我国高速铁路无砟轨道不平顺谱条件下的车辆-线路耦合动力学计算;以路基累积变形效应区不超过基床范围为原则,分析基床厚度与基床以下路基性质的相互关系;结合模型试验获得的填料累积变形状态阈值,基于强度、变形、应变控制准则,进行400km·h^-1行车条件下的无砟轨道基床结构及关键参数研究。结果表明:路基面承受的列车荷载随轨面平顺性呈明显的随机变化特征,动力影响系数服从正态分布,轨道极端不平顺引起的最大动力影响系数为2.146,平均轨道谱下的常遇动力影响系数为1.491;路基累积变形效应区范围随填料强度降低而扩大,基床厚度为2.7m时,由低塑性土填筑的基床以下路基K30应大于等于100MPa·m^-1;以调控累积变形处于快速收敛状态为目标,提出基床表层采用0.7~0.3m厚级配碎石进行强化处理,K30大于等于190 MPa·m^-1,底层选用A,B组填料,相应K30控制值为130~150MPa·m^-1。     

200km/h提速线路轨道不平顺对车辆横向振动影响分析

轨道不平顺是列车振动的主要激扰源,其状态直接关系到列车运行的平稳性、安全性和舒适性,也是限制列车最高运行速度的主要因素之一。本文基于轨检车现场实测数据,对我国提速线路轨道不平顺、列车振动加速度进行了统计分析及相关分析,并探讨了线路轨道不平顺对列车横向动力特性的影响。结果表明:提速线路轨道不平顺幅值服从正态分布;轨向不平顺对列车横向振动有显著影响;当列车以200 km/h的速度运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对40 m波长的轨道不平顺进行控制。     

我国干线铁路通用轨道谱的研究

在对比和分析欧美铁路的轨道谱拟合公式及我国专家学者研究成果的基础上,结合对我国主要干线铁路大量轨道不平顺检测数据的分析和计算,研究并给出能较好表征我国干线铁路轨道不平顺特征的通用轨道谱拟合公式以及通用轨道谱的表达方式。由于我国干线铁路的建设标准差异比较大,采用平均轨道谱表达方式不能很好地表征我国干线铁路的轨道质量状况,而采用分级形式的轨道谱则能够更好地表征我国众多干线铁路的轨道不平顺特征;根据我国干线铁路的行车速度,建议将我国干线铁路轨道谱划分为3个等级,即200km.h-1等级提速线路轨道谱、160 km.h-1等级提速线路轨道谱和120 km.h-1及以下普通线路轨道谱。     

模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法

轨道不平顺是影响铁路车辆轮轨动态作用力和车辆平稳性的主要因素之一。车辆受轨道不平顺激扰时的性能,需在线路上开展测试。但组织线路试验受到较多限制,且线路激扰的随机性较难重复。基于铁路货车疲劳与振动试验台,提出一种模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法,可获取单个车辆受轨道不平顺线路激扰时的车辆性能。介绍试验台组成、参数测试和激励信号的创建方法。将台架试验应用于某型转向架研制中,获取了该转向架与C_(70)车体配装时的车辆性能。在运输技术中心(TTCI)进行线路试验,验证了台架试验方法的合理性、实用性、有效性。     

轨道复合不平顺对提速列车运行影响的研究

轨道几何形位不平顺是影响轮轨动态作用力和行车平稳性的主要因素之一,是当前高速重载和提速线路的主要研究内容.利用动力模拟仿真计算多种类型轨道单一不平顺、复合不平顺和随机不平顺激扰下提速车辆的动力响应,并着重分析轨道复合不平顺对提速列车运行安全性和平稳性的影响.对各种轨道不平顺条件下车辆动力响应的计算结果进行分析对比,找出相对不利的轨道不平顺类型及其波长和幅值,为现场控制各种类型轨道不平顺、制定提速线路轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据.结果表明,方向和水平复合不平顺对车辆运行的安全性和平稳性的影响较大,是需要重点控制的轨道不平顺类型.     

基于稳态、非稳态振动信号分析的轨道不平顺敏感波长及其与车辆响应间关系的研究

基于轨道不平顺输入与车辆动力学响应输出之间的频域传递特性分析,研究快速确定与车辆系统对应的轨道不平顺敏感波长的新方法.利用该方法分析某型高速车辆所对应的轨道不平顺敏感波长的结果表明:在300～360 km· h-1速度范围内,8m的多波周期轨道垂向不平顺波长会引起高速车辆较大的垂向响应;37m左右的多波周期轨道横向不平顺波长会引起高速车辆较大的横向响应.应用短时傅里叶变换和小波包分析技术这2种非稳态振动信号分析方法对车辆系统的车体垂向加速度进行特征分析,可以较全面地揭示出其时频特性,从而能够间接分析出与车辆振动响应信号相关联的轨道不平顺输入信号的非稳态特性.     

跨座式单轨列车与轨道梁系统的动力响应分析

以重庆市跨座式单轨交通系统牛角沱至李子坝区段的预应力混凝土简支梁为研究对象,将每节车辆简化为6个自由度的动力系统,运用牛顿法建立考虑轮胎侧偏特性的跨座式单轨列车车辆的运动方程;用模态综合法建立轨道梁的运动微分方程;根据车辆和轨道梁的力协调条件,建立车辆与轨道梁动力相互作用的竖向耦合运动控制方程。采用Visual Fortan 6.5编制程序,研究不同车速、不同轨道不平顺条件下轨道梁和车辆的竖向动力响应。结果表明,车速及不同轨道不平顺条件对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大;车体的竖向加速度随车速增大而增加,车速小于40 km.h-1时,不同的轨道不平顺激励对车体竖向加速度的影响较小,而当车速大于40 km.h-1时,则影响较大。     

强横风与轨道不平顺耦合作用对高速列车运行安全性影响分析

横风对高速列车运行安全性影响十分显著,轨道不平顺影响着列车轨道相互作用关系。目前已有研究尚未充分考虑到中国高速铁路无砟轨道线路状态的变化与横风作用下高速列车安全性问题的影响。为了研究这两者的变化耦合而造成的列车安全性影响,采用计算流体力学软件和有限元软件联合仿真,建立横风-高速列车-轨道耦合动力分析模型,输入5种典型的高速铁路无砟轨道不平顺百分数谱,计算分析不同列车运行速度和风速条件下列车运行的安全性指标。结果表明,对应于25%百分位数谱,列车脱轨系数和轮重减载率最低,接下来依次是50%百分位数谱、平均谱、70%百分位数谱和90%百分位数谱。其中在列车运行速度为300 km/h下,横风速度为25 m/s时,70%百分位数谱和90%百分位数谱对应的安全性系数超出安全限值,列车可能发生脱轨。因此在设计和检算强横风作用下高速列车运行安全性指标时,宜采用中国高速铁路无砟轨道70%百分位数谱和90%百分位数谱。     

客货共运线路轨道不平顺不利波长的分析研究

我国铁路主要是客货共运线路,客车的速度可达140～160km/h,而货车的速度只有80km/h左右。货车与客车的车辆结构动力性能存在较大的差异,所以对轨道结构的几何形位的要求也有所不同。为了使客车和货车都能在同一线路上安全、平稳地运行,则必须对轨道不平顺与车辆运行平稳性和安全性之间的关系进行研究。本文利用计算机动力模拟仿真计算轨道不平顺激扰下客车和货车的动力响应,对轨道随机不平顺与不同类型车辆的车体加速度之间的关系进行了相干分析和功率谱分析,计算得出了引起客车和货车较大动力响应的轨道不平顺不利波长。然后对两者的不利波长进行了分析,归纳出了客货共运线路的轨道不平顺不利波长范围,为现场轨道不平顺的养护维修和管理提供了理论和实践指导。     

低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺是磁浮列车振动的主要激扰源,直接关系到列车运行的稳定性和舒适性。文章基于唐山低速磁浮试验线实测的轨道不平顺数据,采用周期图法进行样本空间的谱估计,得到轨道不平顺在各空间波长的分布。分析结果表明,轨道本身结构参数、轨道安装精度和F轨的轧制工艺是产生轨道不平顺的主要原因。参考国内外成熟的铁路轨道谱线表达形式,得到低速磁浮轨道谱的拟合曲线公式,应用阻尼最小二乘算法拟合轨道谱表达式的参数,对于研究我国磁浮轨道不平顺功率谱有重要的参考价值。     

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线,以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件,建立了具有93个自由度的单节高速车模型,同时考虑轨道不平顺的影响,仿真计算了车体横向加速度时变率,对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明,在未考虑轨道不平顺时,列车以变化的速度运行,半波正弦更具优势,在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线,以提高旅客乘坐舒适度;轨道不平顺对高速行车的安全性和平稳性影响很大,应严格控制轨道平顺性。     

超千米跨度桥上轨道不平顺能量谱的研究

建立大跨度斜拉桥模型,计算在温度荷载、公路荷载和列车荷载下的轨道几何形位,运用能量谱分析方法,计算了上述各工况下轨道不平顺的能量谱密度,并与德国低干扰能量谱密度进行对比,通过比较二者的交点波长与车体敏感波长的来研究轨道的质量状态。结果表明:超千米跨度桥上轨道不平顺的能量主要集中于长波频段,列车四股荷载工况下的轨道高低不平顺谱与德国谱的最小交点波长为93m,比较接近CRH2(200km/h、250km/h)的最大敏感波长,可能会引起车体较大的振动。     

高速铁路无砟轨道不平顺谱的比较分析

从功率谱密度、时间样本和动力影响角度,对中国高速铁路无砟轨道不平顺谱进行分析,并与德国高速铁路轨道谱进行比较。结果表明:中国高速铁路无砟轨道高低和方向不平顺谱均明显优于德国高速铁路低干扰轨道谱,更优于其高干扰谱,尤其在10~100 m波长范围;不同线路状态的中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱与德国高速铁路水平和轨距不平顺谱在不同波长范围内各有优劣,除90%百分位数谱外,在中长波范围内,中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱优于德国高速铁路轨道谱;从时间样本来看,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱幅值明显小于德国高速铁路低干扰和高干扰轨道谱;相同运营条件下,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱对行车动力性能的影响最小,德国高速铁路低干扰轨道谱的影响次之,其高干扰谱的影响最大。由此可见,中国高速铁路无砟轨道几何状态优良,在其不平顺谱激扰作用下,高速车辆运行的轮轨动力学性能优秀。     

大单元双块式无砟轨道路桥过渡段路基上拱影响研究

路桥过渡段路基上拱会引起相邻桥上扣件上拔,导致道床板空吊,产生静、动态不平顺。车辆高速通过时,静、动态不平顺的存在会对行车安全性及舒适性产生影响。本文通过建立路桥过渡段车辆、轨道、桥梁、路基耦合静动态分析模型对上拱静态不平顺及其引起的动力响应进行评估。评估结果表明:路基侧上拱量大于2 mm后桥梁侧道床板下开始产生离缝,离缝随着路基侧上拱量增加呈线性增长趋势,桥梁侧扣件受拉明显;路基侧上拱量5 mm时速度350 km/h情况下车体垂向加速度达到规范限值,轮重减载率达到0. 53;上拱量10 mm时速度大于150 km/h以后车体垂向加速度超标,速度超过250 km/h以后轮重减载率超标;离缝量达到10 mm时,桥梁侧扣件在行车过程中动态受拉明显,最大动态拉力达到42. 2 kN。