动车组横向止挡防脱结构设计优化与可靠性验证

通过对既有高速动车组二系横向止挡进行防脱结构设计、优化选型和可靠性验证,实现了其结构防脱功能,并显著提升其安全可靠性能。首先通过设计出不同的防脱结构型式,在结构设计、制造工艺、质量控制、实际运用和强度仿真等方面进行多维度的安全性对比分析,选出了最优防脱结构设计方案。然后试制出完全无粘接状态的最优防脱结构的样机,通过设计的剪切和疲劳防脱试验对新结构的防脱功能进行了充分的可靠性验证和效果评估。最后试制出合格的粘接状态的样机,并完成了防脱新结构的系列型式试验验证。结果表明,底座采用阶梯孔橡胶柱和摩擦板采用环形凹槽橡胶环的防脱结构在满足现有接口尺寸和性能要求的条件下,能够与原型产品进行对等替换,实现了结构防脱功能且大幅提升了安全可靠性。

新型小径向/轴向刚度比的橡胶节点设计

为满足高速动车组电机悬挂要求,文章设计了一种新型小径向/轴向刚度比(径向刚度与轴向刚度比值)的橡胶节点,并通过有限元仿真分析、静刚度试验、疲劳试验及装车试验进行了验证。结果表明,这种结构的橡胶节点符合技术要求,且其预压缩简单有效,刚度范围可调,抗疲劳性能良好,具有良好的高温耐受性,满足电机运行环境的要求。

快捷货车转向架二系悬挂选型分析和设计研究

根据新型快捷货车转向架二系悬挂技术要求,设计了一种新型橡胶弹簧。对不同结构形式橡胶弹簧的垂向和剪切性能进行了有限元计算,并进行了选型分析;依据橡胶等应力设计理念和方法,对新型橡胶弹簧进行了结构优化设计;最后进行了静态特性、稳定性能、疲劳性能和台架动力学性能试验验证。计算和试验结果表明,新型橡胶弹簧在结构上既能保证合理的空重车挠度差,又具有较小的剪切刚度,尤其在剪切大变形工况,具有优异的结构可靠性,可以满足160~200km/h的运行要求。

基于轮轨匹配的车辆横向稳定性分析

为使车辆横向稳定仿真分析更好地体现其特殊的自激振动意义,提出一种基于轮轨匹配的横向稳定性分析新方法。与轮对几何接触相比,自由轮对接触过程(接触几何/力学)可以得到更加精确的匹配计算结果。结合地铁车辆实例,运用临界速度线性分析方法给出车辆临界速度随等效锥度的变化曲线。若轮轨匹配合理,临界速度的线性结果与非线性仿真验证相吻合。临界速度的非线性影响主要取决于轮轨匹配,当轮对蛇行稳定极限环很小时其非线性影响不可忽视。除轮轨匹配外,利用临界速度线性分析方法给出轮对质量、一系悬架纵向和横向刚度、横向减振器阻尼3个参数对临界速度的敏感影响,并提出地铁车辆在既有线路提速的优化方案。

轮轨匹配对高速动车组动力学性能的影响

基于阿尔斯通公司和长春轨道客车股份有限公司提供的CRH5动车组CA250转向架及车体模型、基本结构参数及仿真报告,利用多体动力学仿真软件ADAMS(RAIL/VIEW模块)建立转向架及整车动力学仿真模型.首先对中国车轮踏面LM和LMA、欧洲车轮踏面S1002、应用在TGVA和KTX(韩国TGV)上的特殊车轮踏面XP55与UIC60 kg轨面匹配分别进行等效锥度计算和对比,然后根据线性及非线性临界速度分析方法对拖车(满载)进行横向稳定性仿真分析,最后进行了不同轮轨匹配状况下的曲线通过性能仿真.重点分析不同匹配参数及轮对定位方式对整车动力学性能的影响.

高速转向架线性与非线性模型

为了分析CRH5动车组动力学性能,提出高速转向架的线性与非线性模型,并进行整车运动模态、临界速度和轮轨力等方面的对比分析.高速转向架的悬挂系统既具有明显的线性特征,如悬挂特性,又存在诸多非线性影响因素,如一系悬挂中的轮对定位装置、二系悬挂中的抗侧滚扭装置和横向止挡等.由于高速转向架运行速度范围宽,减振器阻尼作用使两级悬挂形成了低速与高速悬挂特性.对于高速车辆而言,影响临界速度的非线性因素主要来自于转向架,同时,在非线性稳态曲线通过时,转向架的诸多非线性因素会对轮轨力产生重要影响.仿真对比分析表明:上述分析与ALSTOM计算结果基本吻合,而且非线性模型更加有利于揭示非线性因素对高速转向架动力学性能的影响规律.

轴向橡胶垫结构改进

分析了轴向橡胶垫A类项点(200万次常规疲劳+15万次强化疲劳)不合格的原因,从铁件(2)材质、冲压成型工艺、金属骨架处理工艺、胶料性能和产品结构设计等5个方面进行改进试制,并对试制品进行了疲劳试验。结果表明,前4种因素都不足以保证产品具有预期的疲劳寿命,而在不影响产品接口及功能的情况下对产品结构进行适当改进是解决问题的根本办法。改进后产品的批量生产表明,改进方案不仅保证了产品的疲劳寿命,而且降低了铁件(2)的采购要求,降低了生产成本。

低温下JC型弹性旁承的性能研究

对常规型和耐寒型2种JC型弹性旁承低温下的硬度、垂向刚度变化率、压缩后高度恢复量以及回弹力进行了研究。结果表明,2种类型JC型弹性旁承的低温性能均满足TB/T 3269—2011的要求,但耐寒型产品有更优良的耐低温性能。

某地铁车辆空压机橡胶减振器的设计及试验研究

综合减振理论和橡胶减振器性能特点,提出了一种车下系统设备悬挂参数、减振器参数的设计计算方法。以解决某地铁车辆空压机启动时地板异常振动问题为例,将使用上述方法的计算结果作为设计输入对橡胶减振器进行结构设计、仿真计算、配方设计等,设计制作了样机并对其进行了试验测试。试验结果表明:所设计的橡胶减振器静刚度、动刚度等满足文中所提出方法的设计要求。将设计制造的减振器进行装车振动测试并与车辆原吊挂方案及其他备选方案进行对比,减振降噪效果明显优于原吊挂及其他备选方案,解决了空压机启动时车体异常振动的问题。此方法可应用于其他车下设备橡胶减振器的开发设计研究。

高速动车组转臂定位橡胶节点刚度对车辆动力学性能影响

对京沪和武广高铁运用的CRH3型动车组上服役120万km达高级修的3家转臂节点进行静刚度测试,分析不同生产厂家转臂节点在不同运行线路上的刚度变化范围;在采用Simpack多体动力学软件建立并验证CRH3型动车组拖车动力学仿真模型的基础上,研究分别匹配60N和60D钢轨时,转臂节点刚度变化对车辆动力学性能的影响。结果表明:服役120万km后,转臂节点径向刚度分布范围为85.1~158.5 MN·m-1,径向刚度变化率分布范围为-38.9%~18.6%;不同厂家生产的转臂节点刚度变化存在较大差异,而在京沪与武广高铁上运用的厂家A转臂节点刚度变化范围接近;随转臂节点纵向刚度的增大,车辆非线性临界速度随之降低,横向平稳性指标、轮轴横向力、磨耗功率等指标随之增大,且60D钢轨的各项动力学性能指标均大于60N钢轨,但均远远小于安全限值;转臂节点纵向刚度大于140 MN·m-1时,CRH3型动车组对60D钢轨廓形变化更加敏感,易出现等效锥度过小引起的异常振动问题。

轴向橡胶垫刚度试验方法探究

从试验检测角度分析了试验设备、试验方法对轴向橡胶垫产品刚度试验检测结果的影响,分析了不同试验工装板厚对橡胶层应力水平的影响。同时,对既有技术标准的修订工作提出了建议。

高速动车组轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响

为分析钢轨波磨、车轮多边形等轮轨短波不平顺条件下轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响,分别从仿真计算、现场试验和台架试验3个方面进行综合分析,通过建立车辆-轨道刚柔耦合系统动力学仿真模型,分析了钢轨波磨和车轮多边形对轮轨耦合振动的影响,并在武广高铁进行了钢轨波磨条件下新、旧轴箱转臂节点对轴箱振动响应的影响试验,在滚动试验台上进行了高阶车轮多边形条件下新、旧轴箱转臂节点对转向架振动响应的影响试验;对已服役运用120万公里的A、B型轴箱转臂节点进行了1 000万次疲劳耐久性试验,论证了服役轴箱转臂节点疲劳可靠性的安全裕量。研究结果表明:在钢轨波长为120 mm,车轮多边形为20阶,钢轨波磨和车轮多边形波深均为0.04 mm的条件下,当轴箱转臂节点径向刚度由40 MN·m^(-1)增加到200 MN·m^(-1)时,钢轨振动加速度、轴箱振动加速度和轮轨垂向力基本不变,在钢轨波磨和车轮多边形等短波激励下,轴箱转臂节点刚度变化不会对轮轨耦合振动产生明显影响;随着疲劳试验次数的增加,轴箱转臂节点径向和轴向刚度均逐渐下降,退役轴箱转臂节点在经历1 000万次疲劳耐久性试验后外观状态基本无改变,芯轴与橡胶粘接部分出现轻微开胶和裂纹,开胶和裂纹深度不大于5 mm,橡胶本体均无裂纹,各项性能满足《机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件》(TB/T 2843—2015)中的规定。