某養(yǎng)路車輛動(dòng)力學(xué)性能仿真

王 帆 周文祥 劉 宇（西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031）

某養(yǎng)路車輛動(dòng)力學(xué)性能仿真

王 帆 周文祥 劉 宇
（西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031）

摘 要：利用多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK，建立養(yǎng)路車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型，分析了養(yǎng)路車輛的非線性臨界速度、直線運(yùn)行平穩(wěn)性以及曲線通過性能等動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。結(jié)果表明，該養(yǎng)路車輛具有良好的動(dòng)力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)路車輛；臨界速度；平穩(wěn)性；曲線通過性能

大型養(yǎng)路機(jī)械在我國(guó)鐵路的推廣使用，為鐵路提速擴(kuò)能、保證運(yùn)輸安全發(fā)揮了重要作用。這對(duì)養(yǎng)路車輛動(dòng)力學(xué)性能提出了更高的要求，因而有必要對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 某養(yǎng)路車輛的動(dòng)力學(xué)模型

某養(yǎng)路車輛轉(zhuǎn)向架為焊接H型構(gòu)架，導(dǎo)框式軸箱定位，一系懸掛包括軸箱、雙卷螺旋彈簧、斜鍥減振器、油壓減振器等，車體由常接觸彈性旁承和球面心盤共同承載，坐落在構(gòu)架上，再通過一系懸掛作用在軸箱和輪對(duì)上。其最高運(yùn)行速度為100km/h，構(gòu)造速度為120km/h。

利用SIMPACK建立某養(yǎng)路車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型。用數(shù)值積分方法求解，充分考慮輪軌接觸幾何和蠕滑關(guān)系的非線性、輪對(duì)自由橫動(dòng)量和軸箱橫向止擋的非線性、一系減振器卸荷特性的非線性。

2 動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算分析

車輛運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線通過性能往往相互矛盾，二者要同時(shí)兼顧，才能保證車輛具有良好的動(dòng)力學(xué)性能。利用SIMPACK進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能分析，主要對(duì)養(yǎng)路車輛非線性臨界速度、直線運(yùn)行平穩(wěn)性和曲線通過性能等進(jìn)行計(jì)算。

2.1 養(yǎng)路車輛非線性臨界速度

在SIMPACK中，首先讓車輛在一段有激擾的直線上運(yùn)行，然后在一段光滑的線路上繼續(xù)運(yùn)行，觀察各輪對(duì)橫向位移的收斂情況來判斷是否失穩(wěn)。利用上述方法得出一位輪對(duì)橫向位移時(shí)間曲線，如圖1所示。當(dāng)v=185km/h時(shí)，輪對(duì)橫向位移很快趨向于零，因而該養(yǎng)路車輛的非線性臨界速度為185km/h，能夠滿足100km/h安全運(yùn)行的要求。

2.2 養(yǎng)路車輛直線運(yùn)行平穩(wěn)性

直線運(yùn)行平穩(wěn)性，是反映車輛總體綜合動(dòng)力學(xué)性能的重要指標(biāo)，采用最大振動(dòng)加速度和平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，并按照GB/T17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行評(píng)價(jià)。

利用變參數(shù)法分析養(yǎng)路車輛以40-140km /h的速度在直線上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)性能。采用秦沈線實(shí)測(cè)軌道譜激擾，考慮水平、垂向和橫向不平順。

由圖2、3可知：該養(yǎng)路車輛的橫向、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)都隨著速度的增加而增大。且各平穩(wěn)性指標(biāo)在120km/h（構(gòu)造速度）速度范圍內(nèi)均小于標(biāo)準(zhǔn)值3.0，達(dá)到GB/T17426-1998的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；在140km/h速度范圍內(nèi)仍小于3.5，達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)。說明該養(yǎng)路車輛具有良好的運(yùn)行平穩(wěn)性。

2.3 養(yǎng)路車輛曲線通過性能分析

養(yǎng)路車輛曲線通過性能主要以脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)衡量。按照某廠家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合實(shí)際情況，以60km/h速度通過現(xiàn)有R600半徑曲線進(jìn)行線路試驗(yàn)。固本文重點(diǎn)分析了養(yǎng)路車輛以不同速度通過R600曲線半徑時(shí)的曲線通過性能。

2.3.1 R600m曲線通過性能

計(jì)算養(yǎng)路車輛以40～90km/h的速度通過R600m曲線的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。曲線組成為：直線100m+緩和曲線120m+圓曲線300m+緩和曲線120m+直線100m，線路超高為120mm，軌道激勵(lì)為秦沈軌道譜。

養(yǎng)路車輛的輪軸橫向力、輪對(duì)搖頭角、輪重減載率和脫軌系數(shù)隨速度變化情況如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

分析知：

表1 一位輪對(duì)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)

（1）40≤V＜70km/h時(shí)，各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)隨著速度的增大而減小，曲線通過性能逐漸提高；

（2）V＞80km/h時(shí)，動(dòng)力學(xué)指標(biāo)隨著速度的增大而增大，曲線通過性能逐漸降低；

（3）70≤V≤80km/h時(shí)，未被平衡的離心加速度接近于零，此時(shí)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)最低，曲線通過性能達(dá)到最優(yōu)；

（4）一位輪對(duì)是導(dǎo)向輪對(duì)，其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均大于其他三位輪對(duì)。

以不同速度通過R600m半徑曲線時(shí)，養(yǎng)路車輛的輪軸橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪對(duì)搖頭角等均滿足GB/T17426-1998相關(guān)要求，說明養(yǎng)路車輛在R600m半徑曲線上，具有良好的曲線通過性能。

2.3.2 其他曲線工況

為了更全面的了解該養(yǎng)路車輛的曲線通過性能，又分析了其他曲線工況，曲線采用秦沈軌道譜激擾，緩和曲線為120m，圓曲線為600m。由上節(jié)知一位輪對(duì)的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)最為惡劣，因此以一位輪對(duì)為研究對(duì)象，計(jì)算結(jié)果見表1?？芍?，其他曲線工況下，各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)仍滿足GB/T17426-1998相關(guān)要求，該養(yǎng)路車輛的曲線通過性能優(yōu)良。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過以上仿真分析可以可知：

（1）某養(yǎng)路車輛的非線性臨界速度為185km/h，遠(yuǎn)大于其構(gòu)造速度120m/h，能滿足最高運(yùn)行速度100km/h的運(yùn)行要求，并具有足夠的安全裕量。

（2）在規(guī)定的運(yùn)行速度范圍內(nèi)，橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)隨著速度的增加而增大，且都小于3.0，符合優(yōu)秀等級(jí)要求，具有很好的直線運(yùn)行平穩(wěn)性。

（3）以不同速度通過R600曲線半徑以及以單一速度通過不同半徑曲線時(shí)，其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)都在規(guī)定的限度值內(nèi)，說明曲線通過性能良好。

參考文獻(xiàn)

[1]王福天.車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.

[2]趙增闖，陳清. 2C_0半體懸高速機(jī)車平穩(wěn)性及曲線通過性能分析[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2013（10）：40-46.

[3]何皋，陳清.懸掛參數(shù)對(duì) 250 km/h 高速機(jī)車橫向動(dòng)力學(xué)的影響[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2012（02）：25-29.

[4]嚴(yán)雋耄，付茂海.車輛工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[5]GB/T 17426，鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法[S].

[6]李亨利，李 芾，傅茂海，黃運(yùn)華.曲線幾何參數(shù)對(duì)貨車轉(zhuǎn)向架曲線通過性能的影響[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2008（01）：70-75.

中圖分類號(hào)：U273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A