空气弹簧模型对铁道车辆动力学性能的影响

建立了空气弹簧等效模型、线性模型与非线性模型,分析了3种模型对车辆直线平稳性和曲线通过安全性的影响.研究结果表明:在计算车辆直线垂向平稳性时,空气弹簧等效模型计算精度较差,而空气弹簧线性模型和非线性模型计算精度较高;由于空气弹簧线性模型比非线性模型简单,建议在计算直线垂向平稳性时优先采用空气弹簧线性模型;在计算车辆曲线通过安全性时,空气弹簧非线性模型能反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较高;由于模型自身的局限性,空气弹簧线性模型和等效模型无法反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较差,因此,建议在计算曲线通过安全性时采用空气弹簧非线性模型.     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型, 结合车辆系统动力学, 模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态, 分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响, 研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明: 空气弹簧失气后车辆临界速度由623 km·h^-1大幅降低为351 km·h^-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小, 轮重减载率增大, 且失气过程越短, 轮重减载率越大, 失气过程为0.2 s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300 km·h^-1时, 车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显, 当大于300 km·h^-1时, 减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时, 在圆曲线上失气最危险, 轮重减载率最大为0.652。     

空气弹簧失气后地铁车辆动力学性能研究

为了研究空气弹簧失气对地铁车辆动力学性能的影响,根据车辆系统动力学和非线性接触理论,建立了地铁车辆非线性动力学模型和空气弹簧失气状态下的黏滑接触力元模型,分析了地铁整车空气弹簧失气状态下地铁车辆的临界速度、轮轴横向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率和平稳性指标并与空气弹簧正常状态进行了对比。结果表明:空气弹簧失气会使地铁车辆的临界速度降低,会使地铁车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向平稳性和垂向平稳性明显增大,并且空簧失气对脱轨系数和垂向平稳性的影响尤为显著,因此必须密切关注空气弹簧的状态以保证地铁车辆平稳安全运行。     

缓和曲线线型对铁道车辆动力学性能的影响

分析了车辆在缓和曲线上的受力情况, 利用动力学仿真软件SIMPACK对转向架为ZK6的25t载货车辆通过3次抛物线型、4-3-4型、5次型缓和曲线时的动力学性能进行了仿真计算, 并与理论分析结果进行对比。对比结果表明: 缓和曲线线型对车辆动力学性能的影响较大, 特别是在连接点处; 3次抛物线型缓和曲线连接点处的动力学性能相对4-3-4型与5次型较差, 车体垂向加速度最大相差达到83%, 其他指标相差也在10%左右; 4-3-4型相对于5次型只是在缓和曲线上的分段点处的车体垂向加速度相差63%, 而其他动力学性能指标相差均在2%以内; 4-3-4型和5次型要体现其优势则需要增加其长度。     

空气弹簧动力学特性参数分析

基于热力学及流体力学理论,建立空气弹簧的物理模型,导出其计算的统一数学表达式,提出了确定空气弹簧参数的计算方法,并对影响空气弹簧性能的主要因素进行了分析。结果表明,空气弹簧气囊外形及材料特性、附加气室容积和节流孔直径是影响空气弹簧性能的主要因素。     

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

高速动车组空气弹簧故障模式下转向架动态响应

为了模拟高速动车组空气弹簧发生故障后的工作状态,基于气动力学理论与函数拟合方法,建立了空气弹簧系统的三维耦合动力学模型,并将该模型与高速动车组整车动力学模型进行了联合仿真,研究了空气弹簧故障模式下高速动车组转向架的动力学响应.由空气弹簧泄漏过程分析可知,空气弹簧泄漏导致车辆失稳的可能性较小,但会使平稳性下降;车辆的垂向与横向安全性指标峰值分别出现在泄漏面积约为15 mm2和30 mm2处;差压阀在空气弹簧的泄漏中能够有效保障车辆的动力学性能.由车辆曲线通过性分析可知,车辆通过曲线的方向若与空气弹簧的泄漏在同侧,则轮重减载率高出直线工况约20%;差压阀与高度调整阀的失效均会对车辆的动力学性能造成一定程度的影响,但各项指标仍满足安全性要求.      

摆动式货车转向架弹簧托板刚度对其动力学性能的影响

为分析弹簧托板的形式对摆动式转向架货车动力学性能的影响,利用有限单元法将弹簧托板等效为一根弹性梁,根据Hook定律得到弹簧托板与摇动台的连接刚度,通过改变弹簧托板的半径,得到不同半径下弹簧托板与摇动座的连接刚度。运用多体系统动力学原理,考虑车辆各个部件的连接和接触关系,建立整个车辆的多体系统动力学模型,通过对比不同弹簧托板半径下车辆的各主要动力学性能指标,得到较为合适的弹簧托板半径。综合对比不同弹簧托板半径下的车辆动力学分析结果得出,随着弹簧托板半径的增大,车辆的临界速度减小,车体横向平稳性增加,而车辆的运行稳定性指标出现波动,当弹簧托板半径为10m时,车辆的各主要动力学性能较好,其对车辆的动力学性能影响较小。     

抗侧滚扭杆对出防风明洞列车安全性影响研究

针对高速列车驶出兰新第二双线特有防风明洞工程时存在突变气动载荷,探讨了抗侧滚扭杆对国内某型高速列车抗倾覆安全性的影响.采用日本Yu Hibino详细解析式方法,针对国内某型高速列车建立其车辆倾覆受力及倾覆力学模型,对车速、风速和风向角变化时,抗侧滚扭杆对该型高速列车的倾覆系数和侧滚角等的影响进行了计算研究.分析结果表明:抗侧滚扭杆有效改善了该型高速列车的抗倾覆性能.增设抗侧滚扭杆后,车辆倾覆系数降低约10%,侧滚角降低约75%.     

独立车轮转向架车辆曲线通过性能分析

系统地分析了独立车轮转向架车辆的曲线通过性能，着重对独立车轮和传统轮对的磨耗状况进行了比较．研究表明：独立车轮转向架车辆具有良好的曲线通过性能，能以15km／h的速度通过半径为50m的曲线；且与传统轮对相比磨耗水平较低，适合在城市轻轨低地板车中采用。     

非线性铁路车辆系统的时间积分算法

研究了铁路车辆系统中存在的非线性因素, 介绍了修正双步长显式法, 给出了该算法的数学表达式。基于简化的非线性车辆系统动力学模型, 利用铁路车辆系统中的5个典型非线性算例, 对比分析了修正双步长显式法、Newmark法、Wilson-θ法、Runge-Kutta法、翟方法和精细积分法, 指出了这些算法在非线性铁路车辆系统中的适用范围。研究结果表明: Newmark法和Wilson-θ法不适用于非线性铁路车辆系统; Newmark法、Wilson-θ法和Runge-Kutta法在包含非线性垂向轮轨力的车辆系统中会产生虚假振荡; 仿真时间为2 s, 时间步长分别为0.4、0.1、0.01 ms时, 修正双步长显式法的耗时分别为0.198、0.829、7.772 s, 在6种算法中耗时最短或较短; 当非线性铁路车辆系统的自由度较大时, 推荐采用修正双步长显式法和翟方法。     

曲线工况下跨座式单轨走行轮侧偏刚度对轮胎磨损的影响

基于车辆轮胎磨损理论, 研究了走行轮侧偏刚度对走行轮侧偏力和导向轮、稳定轮径向力的影响, 分析了单轨车辆曲线运行时, 走行轮摩擦功随轮胎侧偏刚度的变化趋势。分析结果表明: 受导向轮、稳定轮径向力影响, 随着走行轮侧偏刚度增加, 走行轮侧偏力逐渐增大; 当走行轮侧偏刚度处于1¹20kN·rad^-1范围时, 走行轮侧偏力与侧偏角处于线性范围, 侧偏角呈现微量变化; 当侧偏刚度超过120kN·rad^-1时, 侧偏角迅速增大, 进入非线性区域。基于轮胎磨损指标, 随着走行轮侧偏刚度增加, 走行轮磨损量以1.2%的速率增加。走行轮侧偏刚度还将影响车辆曲线通过性, 过小的侧偏刚度不利于形成摇头力矩, 通过性能变差。在保证车辆良好通过性前提下, 尽量减小走行轮磨损, 其侧偏刚度设计值推荐为9.37kN·rad^-1。     

汽车燃油空气加热器噪声性能

运用声功率测量、表面声强测量和频谱测量等方法, 分析认为风扇噪声、电机噪声和燃烧噪声是加热器的主要噪声源, 由此产生的噪声经方箱、回风口等向外辐射, 提出了采取回风消声器消声与整机隔声罩隔声等降噪措施。试验结果表明, 加热器各频带的声压级都有了一定程度的降低, 特别是人耳最为敏感的1kHz处的噪声降低了4.1dB。     

地铁车辆直线电机恒隙控制仿真

为了研究直线电机悬挂方式对车辆动力学性能的影响, 以及通过主动悬挂以减小直线电机气隙变化和轮轨冲击力, 建立了基于多体动力学的地铁车辆仿真模型。采用经典电磁场理论建立了直线电机电磁力仿真模型, 以及机电作动器驱动的直线电机恒隙控制系统模型。采用数值仿真研究了直线电机恒隙控制方法及其对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明: 直线电机采用架悬结构并选择大挠度的一系垂向弹簧时, 气隙变化主要是由载荷变化引起的, 变化频率很低, 易实现恒隙控制。恒隙控制可以保证车辆在不同荷载工况下满足气隙要求, 降低轮轨垂向作用力10 kN左右, 减小车体垂向平稳性指标0.1左右。车辆动力学性能较传统直线电机车辆得到改善, 并能提供平稳的牵引力。     

车辆悬挂弹簧故障检测的能量传递特性比较法

利用弹簧刚度对悬挂传递函数的频移特性,提出一种车辆悬挂弹簧故障动态检测的新方法.对悬挂弹簧安装处的车体和构架垂向振动加速度信号分别进行7层谐波小波包分解,计算了8个低尺度的能量,在同一尺度上,将车体和构架的加速度能量相除得到悬挂的尺度能量传递特性,提出相邻时段对应悬挂尺度能量传递特性的比较方法,进行悬挂弹簧的故障检测.检测结果表明:当悬挂弹簧刚度蜕变时,其传递特性向高尺度变化,与检测机理分析得出的传递特性向低频率变化的分析结论一致,同时能够检测刚度蜕变10％的悬挂故障,因此,该方法可靠性高,具有一定的工程适应性.     

气隙对直线电机地铁系统动力响应的影响

应用概率统计和频域分析理论, 分析了广州地铁4号线列车行驶过程中直线电机与感应板间动态气隙的实测数据; 建立了车辆-轨道垂横向耦合动力学模型, 研究了受气隙影响的垂向电磁力对车体和轨道系统的动力影响, 并与轨道随机不平顺对系统的动力影响进行了对比。研究结果表明: 92.2%的气隙在9¹2mm的标准范围内, 且服从均值为10.5mm、标准差为1mm的正态分布; 感应板上表面与钢轨顶面的高度差是峰值气隙的决定因素, 通过气隙静态测量可确定线路的最不利气隙位置; 气隙的频域成分以小于0.1m^-1的空间频率为主, 并存在0.2m^-1的频率尖峰, 即气隙存在约为5m的周期成分; 垂向电磁力对车体加速度影响较小; 垂向电磁力可使轨道结构产生上升位移, 在同时存在轨道不平顺的情况下, 钢轨最大位移可达0.8mm, 轨道板最大位移可达1.0mm; 轨道不平顺是轨道结构持续振动的主要诱因, 垂向电磁力只会在开始作用于轨道结构的瞬间产生较大加速度, 垂向电磁力引起的轨道结构最大加速度大于轨道不平顺引起的最大加速度, 轨道不平顺和垂向电磁力的共同作用效果远大于单一因素的影响, 钢轨加速度可达2 200m·s^-2, 轨道板加速度可达1 500m·s^-2; 垂向电磁力对轮轨垂向力的最大影响在9kN以内; 可采用动态和静态检测相结合的方法测量气隙, 先应用列车上的动态检测设备测量出线路感应板超限点的大体位置, 然后进行人工精确测量, 维护后再次使用动态检测法进行气隙合格检验, 实现快速、精确、有效维护线路感应板的目的, 减小气隙对轨道结构垂向振动的影响。     

两联关节式集装箱平车动力学仿真模型

结合两联关节式集装箱平车采用关节连接器连接,关节处共用一个转向架的特点,考虑了轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑力、各种悬挂特性和关节连接器等非线性因素,应用NUCARS动力学仿真软件,建立了两联关节式集装箱平车的数学模型,采用数值仿真方法,分析了车辆系统的运动稳定性、曲线通过性与运行平稳性。分析结果表明:两联关节式集装箱平车的蛇行失稳临界速度具有一定的速度裕量,曲线通过性能指标满足GB/T5599-1985规定的限度范围,在120km·h-1的速度范围内,车体的横向与垂向平稳性指标均小于3.5的优级标准,因此,两联关节式集装箱平车具有较好的动力学性能,能够满足集装箱平车120km·h-1运输速度的要求。     

车辆动力学仿真中关键元件的建模

为了提高车辆动力学模型中非线性元件数学模型的模拟精度,分析了一、二维干摩擦副、三大件转向架的摩擦楔块和带串联刚度阻尼器的动力学性能,建立了非传统的数学模型,即不含速度状态变量的模型,并设计了对应的Simulink程序,用典型例题与传统模型的性能进行了对比分析。分析结果表明:非传统数学模型能克服强非线性带来的数值计算问题,提高了计算精度和计算效率,一般根据不同模型的规模和非线性元件数,计算速度能提高2~10倍。