基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

高速列车刚柔耦合动力学仿真分析

研究了高速列车弹性车体对整车动力学性能的影响。为分析弹性车体对列车运行的影响,首先建立了车体有限元模型,计算了车体的模态,并生成模态中性文件将其导入VI-Rail软件,然后将柔性车体和前、后转向架子系统组装成刚柔耦合整车模型,分析了其对运动稳定性、运行平稳性、运行安全性的影响。通过与刚性车体动力学模型仿真结果的对比表明:弹性车体模型会使整车各项动力学性能指标略大于刚性车体模型。     

定常稳态风载荷下的高速列车运行安全性研究

为了研究高速列车在横风作用下的运行安全性,建立了定常稳态风载荷模型,提出定常稳态风载荷的计算方法,并对共计20种工况下的横向力,倾覆力矩和摇头力矩进行了计算.基于多体动力学基本理论和多体动力学软件SIMPACK,完成了某型号高速列车仿真模型的建立以及广义力载荷的加载,完成车辆的动力学仿真,绘制出不同安全性指标仿真结果图像,并对车辆的运行安全性进行分析和评价,提出改善车辆运行安全性的方法.     

CRH3型动车组车轮多边形化对轮轨接触力的影响

针对高速铁路频发的车轮多边形问题,探讨了多边形阶数、多边形波深以及行车速度对轮轨接触力的影响。基于多体动力学分析软件SIMPACK建立了CRH3型整车动力学模型,进而考虑实际服役条件,计算不同行车速度下车轮多边形化的轮轨接触力荷载谱,确定高速列车行车条件下轮轨接触力的临界范围。研究结果表明:相同行车速度下波深对轮轨垂向力和横向力的平均值影响均较小,但它们的幅值均随波深的增加而显著增加;相同波深下轮轨垂向力的平均值和幅值均随着行车速度的增加而增加;当多边形阶数高于10阶时,轮轨横向力最大值随着行车速度的增加而增加;然而,当多边形阶数低于10阶时,轮轨横向力最大值会随着行车速度的增加而降低;当波深和行车速度不变时,轮轨垂向力和横向力最大值和幅值均随阶数增加而增加,且在车轮多边形阶数超过10阶时迅速增加;高速列车以250 km/h和300 km/h行驶时,车轮0. 05 mm和0. 1 mm波深情况下对应的车轮多边形阶数限值分别为18阶、15阶和16阶、12阶。     

基于平稳性的旅游轨道线路平面参数研究

从Sperling模型对铁路线路运行平稳性评价方法的设计理念出发,以陕西省旅游轨道线路设计要求为对象,考虑在陕西省范围内建设旅游轨道线路时,平面参数设计对列车平稳性的影响,通过建立平面曲线半径、运行速度和振动频率3个变量与列车运行平稳性之间的函数关系,分析计算了在线路设计速度80 km/h和100 km/h条件下旅游轨道交通平面设计参数的平稳性指标值,提出了符合运行平稳性标准要求的曲线半径推荐值,为陕西省旅游轨道平面线路设计规范提供依据。     

半挂汽车列车高速侧向稳定性控制研究

为提高半挂汽车列车高速变道行驶时的侧向稳定性,开展了挂车车轮主动转向控制研究。考虑侧风干扰和车身侧倾,建立挂车主动转向半挂汽车列车的5自由度车辆模型;以挂车的质心侧偏角和挂车质心处的侧向加速度为控制目标,设计挂车车轮主动转向的鲁棒控制器;为验证所设计控制器的有效性,基于搭建的TruckSim与Simulink联合仿真平台,在高速单移线和双移线行驶工况下,仿真研究挂车车轮主动转向的半挂汽车列车侧向动力学特性和挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性。研究表明,所设计的挂车车轮主动转向鲁棒控制器是有效的,它能有效抑制变道时传统半挂汽车列车出现的挂车"过冲"现象,提高挂车跟踪牵引车轨迹的跟随性,并显著降低半挂汽车列车的质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角。     

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     

中间轴自由横动量对2C0机车动力学性能影响分析

通过动力学仿真软件SIMPACK建立了一种2C0转向架机车模型，在该模型中，首先分析了中间轴自由横动量的变化对机车曲线通过性能的影响，其中主要分析了机车通过曲线时各轮对的脱轨系数值、轮重减载率、外轮导向力和轮缘磨耗随中间轴自由横动量的变化情况。接着分析了中间轴自由横动量的变化对机车横向平稳性的影响。得出通过设置合理的中间轴自由横动量可以改善机车的曲线通过性能，而且该措施不会对机车的横向平稳性产生大的负面影响。     

不同轨道不平顺激励下线形关键点处列车走行性分析

为探究不同轨道不平顺激励下,列车以更高速度经过缓圆点(HY)、曲中点(QZ)和圆缓点(YH)时,曲线超高、平面圆曲线半径及缓和曲线长度与列车速度之间的匹配关系,以中国某高速动车组为原型,建立了具有50个自由度的车-线动力学分析模型。研究结果表明,中国无砟轨道谱和德国低干扰谱对于列车在道路线形关键点处的动力响应随列车行驶速度和平面线形参数变化的趋势大致相同,但各关键点之间的响应程度不同;超高和圆曲线半径的变化对于列车动力响应的影响程度较缓和曲线长度大。研究结果可为高铁列车更高速度运行时的线路设计及线路平面参数之间的匹配关系提供一定的理论参考。     

基于空簧气动响应的高速列车交会动力学分析

空气弹簧的动态特性受其内部压力影响较大，为了更深入地分析动车组高速交会时的运行安全性，需要考虑空气弹簧在交会流场下的气动响应。将空气弹簧的气动流体力学模型与某型动车组的整车动力学模型相结合，以列车交会气动流场压力的时间历程作为空气弹簧与车体的外部激励，分析了动车组以不同车速交会时的动力学特性。研究结果表明，交会车速越高，空气弹簧的内压波动幅度越大；会车中车体的垂向平稳性优于横向平稳性；轮轨垂向力与轮重减载率受会车流场的影响较小，在会车时有较大的安全余量；当两车以450 km/h车速交会时，空气弹簧内压波动     

基于UM的高速动车组悬挂参数与动力学性能匹配性研究

为提高高速列车动力学性能,对车辆悬挂参数进行了优化研究.基于多体动力学建模理论和UM软件,完成车辆动力学模型的建立及线路,轮轨参数设置等.选取悬挂参数Kpx,Kpy,Kpz,Ksx,Ksy,Ksz,Csx和Csz为优化目标,运用控制变量法和变化系数法,对悬挂参数进行优化;用优化后的参数进行动力学仿真分析,与优化前的动力学性能指标对比,车辆的动力学性能得到改善,悬挂参数优化成功.     

160km/h工程车车轮热负荷研究及强度分析

以160km/h工程车的车轮为研究对象,运用有限元分析方法,分析了车轮轮径、制动缸压力和环境温度对车轮热负荷的影响,并计算了热载荷对车轮强度的影响。有限元分析结果表明,初始条件相同时,大轮径车轮踏面的最高温度低于小轮径车轮;制动缸压力和环境温度影响车轮踏面达到最高温度所用的时间,初始值越大,用时越短,但随后踏面温度下降却越快。热载荷对车轮强度主要有2个方面的影响:其一,影响车轮最高应力的位置,施加热载荷后最高温度由轮毂孔附近变为踏面位置;其二,影响车轮的最大应力值,热-机载荷共同作用下车轮的最大应力值在各工况下均有不同幅度的增大。     

考虑道路条件和车速的横纵向控制驾驶员模型

针对智能汽车在复杂路径下跟踪效果不佳的问题,考虑车辆横纵向动力学耦合作用,提出一种横纵向控制驾驶员建模方法。根据道路条件对车辆转向和速度控制的影响,建立一种考虑路径曲率和横向坡度的多约束车辆动力学模型,并推导车辆侧翻和侧滑的临界速度,预测参考路径的安全车速;采用横向模型预测控制获得最优的前轮转角控制序列,纵向PID控制实现纵向速度跟随;搭建Simulink-CarSim和硬件在环联合仿真系统。仿真结果表明：横纵向控制驾驶员模型能够预测安全车速,提高路径跟踪精度和行驶稳定性,同时具有较好的鲁棒性。     

车辆转向架Hopf分岔分析

针对Cooperrider简单转向架模型，分析了铁路车辆转向架的亚临界Hopf分岔特性。利用数值方法研究了不同非线性力作用下转向架的横向稳定性，得到轮轨饱和力、蠕滑力、纵、横向阻尼力、轮缘死区接触力、踏面斜率以及轮轨间隙对转向架系统线性、非线性临界速度的影响规律。为机车走行部的优化设计提供了参考。     

基于ARM与多模型实现的试运线列车超速防护系统

针对试运线列车运行的安全性与停车准确度的要求,提出一种基于ARM与多模型实现的列车超速防护系统。通过车载设备传感器采样时间序列数据,并将其进行小波去噪,从而得到基于傅里叶模型的目标跟踪运行曲线。设计以模糊神经网络为动态预测模型的速度控制器,利用预测控制的滚动优化与误差矫正特性增加速度控制器在不同运行环境下的鲁棒性。为加快模糊神经网络的训练速度,将改进型粒子群模糊聚类算法的聚类结果作为模糊神经网络的前件规则构建参数。以中车试运线数据为例对其进行仿真,并通过基于曲线面积误差的评价指标对全局速度下的停车精确度进行分析。仿真结果表明:所提出的以傅里叶模型作为目标函数实现的基于模糊网络的预测控制策略具有明显的优势。     

插齿机主传动机构的运动学仿真与优化设计

应用虚拟样机技术和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了两种插齿机（瓦特型六杆机构）主传动机构的模型，对两者进行了运动学仿真，以插齿刀在工作区间速度平稳性为目标，分别对两个模型进行了优化设计，阐明了ADAMS对插齿机主传动机构进行运动学仿真及优化的优点，并分析和比较了两种模型的性能特点．     

脉动横风对高速列车平稳运行的影响

为研究高速列车在脉动横风作用下的平稳运行问题,基于多刚体动力学及空气动力学理论,建立了高速列车八辆编组动力学模型及空间脉动横风载荷模型,并分别给予了模型验证。基于该模型,探究了脉动横风下的列车运行基本特性及该条件下的车速与风速安全限值。结果表明:多体动力学与随机风速模拟结合的分析方法是有效的;空间脉动横风载荷加剧了车辆3 Hz内低频振动并激起了1 Hz附近的峰值区;编组车辆中,列车气动三分力参数差异导致编组内响应呈现差异,多数情况下头车动力响应最明显;预设条件下,车速限值为355 km/h,风速限值为33.5 m/s。     

基于UM软件的高速铁路车桥系统振动响应参数分析

为研究车桥系统运行的影响规律,建立了车-桥耦合系统的振动分析模型,用UM软件进行了计算分析。对高速铁路列车过桥的动力响应进行了研究。对比了桥梁刚度、桥梁阻尼、列车速度、列车数量对车桥系统的影响规律。结果表明:随着列车运行速度增加,车辆和桥梁的动力响应也相应增大,但不是线性增大;桥梁的横向振幅随桥梁横向刚度的增大而减小;桥梁阻尼和列车数量对车桥系统影响较小。     

不均衡闸瓦压力下重载机车曲线通过动态行为

以我国HXD型六轴重载机车为研究对象,基于UM仿真软件,建立了综合考虑多种非线性力学关系的重载机车多体动力学模型。考虑不同轮对左、右侧闸瓦制动的正常和失效工况,将制动动作简化为单纯的闸瓦压力作用过程,分析了轮对两侧的不均衡闸瓦压力对重载机车曲线通过动态行为的影响规律。研究结果表明,曲线通过时,一位外轮轮轨动态相互作用最为剧烈,且不均衡闸瓦压力对各轮对的影响效果不同,较之于其他车轮,对端部轮对轮轨动态行为的改变最为明显,受此影响,其轮对摇头角和轮轨磨耗功率可增大约13%和11%,而轮轨横向力、垂向力及脱轨系数等相差较小。在日常检修维护中应尽量避免不均衡闸瓦压力的出现,有利于进一步提高机车制动安全性。     

应用空电联合制动的重载列车缓解性能

基于列车纵向动力学理论,研究了空电联合制动模式下列车编组、坡道坡度、电阻制动系数及缓解速度对列车在长大下坡道调速制动时缓解性能的影响。与单独空气制动模式进行了对比,分析了2种制动模式下列车实施循环制动的次数与最大车钩力的差异。研究结果表明:电阻制动系数越高,列车缓解性能越优;列车缓解性能随列车编组数量、坡道坡度与缓解速度的增加而变差;空电联合制动时,列车实施循环制动的次数与最大车钩力均小于单独空气制动时。