動(dòng)車(chē)組晃動(dòng)問(wèn)題研究及解決措施

張現(xiàn)鋒　王剛

摘 要：長(zhǎng)編組臥車(chē)動(dòng)車(chē)組在投入運(yùn)營(yíng)后，乘客反應(yīng)列車(chē)晃動(dòng)明顯，特別是在時(shí)速為140公里到180公里的平直軌道上。對(duì)動(dòng)車(chē)組晃動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了研究，通過(guò)動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算和大量線路試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組的車(chē)體下擺模態(tài)與轉(zhuǎn)向架蛇形模態(tài)發(fā)生耦合， 導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組晃動(dòng)。根據(jù)晃動(dòng)問(wèn)題的原因分析，研究了動(dòng)車(chē)組新型踏面，優(yōu)化轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)，解決了動(dòng)車(chē)組的晃動(dòng)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；晃動(dòng)；踏面；懸掛；動(dòng)力學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.203

0 引言

為適應(yīng)中國(guó)鐵路的高速發(fā)展，滿足中長(zhǎng)距離旅客運(yùn)輸?shù)男枰岣呗眯械氖孢m性，新研發(fā)的250公里/小時(shí)長(zhǎng)編組臥鋪車(chē)動(dòng)車(chē)組從2009年開(kāi)始上線運(yùn)行。動(dòng)車(chē)組采用高度自動(dòng)化控制、先進(jìn)的弓網(wǎng)技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)、高速動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架、高效牽引系統(tǒng)及舒適環(huán)保的內(nèi)裝設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利和技術(shù)創(chuàng)新，保證動(dòng)車(chē)組的高效、安全及舒適。

1 問(wèn)題描述

2009年長(zhǎng)編組臥鋪動(dòng)車(chē)組在上海-北京-上海段投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，乘客反應(yīng)列車(chē)存在晃動(dòng)現(xiàn)象，特別是在時(shí)速為140公里到180公里的平直軌道上運(yùn)行時(shí)晃動(dòng)明顯。根據(jù)在此線路上的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組車(chē)體晃動(dòng)的頻率大約為0.7Hz-0.8Hz，橫向平穩(wěn)性W值部分高于2.5，個(gè)別點(diǎn)甚至高于3.0，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

2 動(dòng)車(chē)組晃動(dòng)原因調(diào)查研究

根據(jù)晃動(dòng)發(fā)生后的動(dòng)車(chē)組車(chē)體和轉(zhuǎn)向架振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)車(chē)體存在大約為0.7Hz-0.8Hz的橫向振動(dòng)是引起車(chē)體晃動(dòng)的主要原因。為了更好的了解動(dòng)車(chē)組的動(dòng)態(tài)特征，使用MBS軟件Simpack進(jìn)行了大量的動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算。為此，選用了單編組、2編組、4編組和8編組的列車(chē)模型。并對(duì)動(dòng)車(chē)組在不同線路及采用不同懸掛參數(shù)的情況進(jìn)行了大量的線路動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試。

根據(jù)模擬計(jì)算和線路測(cè)試的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：頻率為0.8赫茲左右的車(chē)體晃動(dòng)的根本原因是以下兩種模態(tài)頻率的相一致，因此發(fā)生了相互作用。

（1）第一種模態(tài)為車(chē)體下擺模態(tài)。

（2）第二種模態(tài)為動(dòng)力學(xué)模態(tài)，即轉(zhuǎn)向架在軌道上以橫向正弦曲線的形式運(yùn)動(dòng)。

車(chē)體下擺模態(tài)和轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)行的模態(tài)發(fā)生耦合，造成車(chē)體在0.8Hz的橫向晃動(dòng)較大，通過(guò)懸掛參數(shù)的優(yōu)化，僅能減小橫向晃動(dòng)的幅值，但無(wú)法消除晃動(dòng)。

3 解決方案研究

根據(jù)大量的模擬計(jì)算和線路試驗(yàn)，從下面兩方面對(duì)解決動(dòng)車(chē)組的晃動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了研究：

（1）優(yōu)化懸掛參數(shù)：對(duì)懸掛參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小轉(zhuǎn)向架橫向振動(dòng)向車(chē)體的傳遞；

（2）新型踏面研究：研究新型踏面，使轉(zhuǎn)向架的蛇行頻率避開(kāi)車(chē)體的固有下擺頻率，消除車(chē)體產(chǎn)生共振的可能。

通過(guò)對(duì)懸掛參數(shù)的各種組合模擬計(jì)算分析和線路試驗(yàn)，最終確定將抗蛇行減振器阻尼減小30%、將二系橫向減振器阻尼增加40%，將會(huì)使車(chē)體的橫向振動(dòng)減到最小，滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的橫向平穩(wěn)性要求。

轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)優(yōu)化無(wú)法消除車(chē)體和轉(zhuǎn)向架振動(dòng)模態(tài)的耦合。為消除這種耦合，需要改變轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)行模態(tài)頻率，對(duì)轉(zhuǎn)向架踏面進(jìn)行了大量的分析計(jì)算和試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)出一種新型的車(chē)輪踏面，踏面3mm處的等效錐度由0.04提高到0.1左右，將轉(zhuǎn)向架的蛇行頻率提高到1.2Hz以上，避免了此速度級(jí)下的車(chē)體下擺頻率和轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)頻率耦合，消除了車(chē)體共振現(xiàn)象。

4 方案驗(yàn)證及效果

對(duì)采用解決方案后的動(dòng)車(chē)組進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)型式試驗(yàn)，轉(zhuǎn)向架的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)性能均滿足要求，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)達(dá)到優(yōu)級(jí)，解決了動(dòng)車(chē)組的橫向晃動(dòng)問(wèn)題。選取了13列采用解決方案的動(dòng)車(chē)組進(jìn)行振動(dòng)和踏面跟蹤試驗(yàn)，在整個(gè)旋修周期內(nèi)，動(dòng)車(chē)組的橫向平穩(wěn)性均達(dá)到優(yōu)級(jí)，車(chē)輪磨耗平穩(wěn)并磨耗較小。

5 總結(jié)

通過(guò)分析研究，長(zhǎng)編組臥鋪動(dòng)車(chē)組晃動(dòng)的原因是車(chē)體下擺模態(tài)與轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)模態(tài)耦合，車(chē)體產(chǎn)生共振，造成動(dòng)車(chē)組橫向晃動(dòng)。通過(guò)采用新研發(fā)的車(chē)輪踏面、優(yōu)化懸掛參數(shù)，消除了車(chē)體下擺模態(tài)與轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)模態(tài)的耦合，解決了動(dòng)車(chē)組橫向晃動(dòng)問(wèn)題，提高了乘客乘坐舒適性。

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