齿轮偏心对齿轨车辆动力学性能影响研究

为研究齿轮偏心对齿轨车辆动力学性能的影响,基于齿轮齿条传动原理与车辆动力学理论,使用SIMPACK软件建立了齿轨车辆多体动力学模型,研究了齿轮不同偏心量下的齿轮动态特性以及齿轨车辆直线运行平稳性和曲线运行安全性。仿真结果表明,齿轮齿条间的啮合冲击随齿轮偏心量的增加而逐渐增大,进而加剧车体的振动,使得齿轨车辆的直线运行时,车体振动加速度与平稳性指标增大,但相对横向振动,齿轮偏心对车体垂向振动影响更为明显。此外随齿轮偏心量的增加,齿轨车辆通过曲线时的脱轨系数和轮重减载率也有所增大。

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明:当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。

齿轨车辆牵引电机布置模式及系统耦合振动特性

为探究牵引电机布置模式对齿轨车辆动态特性及齿轮-齿轨啮合特性的影响,在考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为及其动态时变激扰和轮轨非线性接触关系的条件下,分析了不同电机布置模式下的车辆动力学特性。以Strub齿轨系统为原型,建立了齿轨车辆-轨道垂纵耦合动力学模型,研究了三种不同电机驱动形式对齿轨车辆动态特性的影响规律,并在此基础上提出了适用于齿轨车辆的牵引电机布置方案。研究表明:牵引电机双置工况下齿轮啮合力和垂向、纵向振动加速度更小;其中电机双置时齿轮齿轨啮合力约为电机后置和前置时的50%,平直段齿轮垂向和纵向加速度的最大幅值差分别为4.04和6.01 m/s^(2),爬坡段电机后置时齿轮振动加速度最大,其垂向、纵向加速度幅值比电机双置时大45%;平直线路上电机后置与前置时齿轨车辆的舒适性较好,而爬坡段牵引电机双置模式下更好;鉴于齿轨车辆主要应用于爬坡线路,且爬坡时电机双置齿轨车辆的动力学指标最好,因此建议牵引电机双置为最优布置模式。

基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究

我国现行重车重心高度管控规则已凸显限制铁路货运系统运输能力的矛盾。针对此问题,通过深度剖析货物-车体耦合机制,建立货-车-轨耦合动力学模型,并采用动态Nadal限度评估车辆运行脱轨风险,基于模型仿真分析我国铁路通用货车在正常速度运行时应限制的重车重心限制高度,以及重心高度超过该限值时的相应限速规定。研究结果表明:针对货物装载参数影响车辆动力学行为的研究,动态Nadal限度可有效减小脱轨误判率,相比于经典Nadal限度更适宜作为脱轨风险的评判依据;基于动态Nadal限度判定车辆脱轨风险,我国铁路通用货车的重车重心限制高度可提升至2400 mm;在保证车辆运行安全的前提下,重心超高时的区间限速规定可以合理地适当放宽。

基于UM的车辆-轨道耦合动力学建模及仿真分析

基于多体系统动力学理论,分析某动车各构造拓扑关系及其力学特性,利用多体动力学软件UM建立50个自由度的车辆-轨道动力学模型,仿真分析了车辆的非线性临界速度、脱轨系数、振动加速度及平稳性指数等动力学特性,获得了该型动车直线运行的非线性临界速度477km/h;以200km/h的时速通过曲线半径R=4 000m的曲线线路时车体横向、垂向Sperling平稳性指数分别为2.01和1.69;车体横向、垂向加速度分别为0.062g和0.046g;1位轮对的最大脱轨系数和轮重减载率分别为0.182和0.406 4.研究结果表明:该型动车具有较好的动力学性能.

基于车辆-轨道耦合动力学的400km/h高速铁路线路平面参数设计研究

为推进我国400km/h等级高速铁路的规划建设和创新发展,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了既有350km/h高速铁路曲线设计参数适应性分析和400km/h高速铁路线路平面参数设计方法研究,揭示了平面参数匹配关系对系统动力学性能的影响规律。研究结果表明:当曲线半径小于7000m时,既有规范的曲线设计参数不再适用;在满足动力学指标和欠/过超高限值要求的条件下,并考虑留有一定的安全裕量,建议400km/h高速铁路曲线半径不应小于7500m;相比于既有欠/过超高设计要求,综合考虑车轨系统动力学性能指标来设计曲线超高具有更宽的合理设置范围。本文通过系统的动力学分析,提出400km/h条件下曲线线路平面参数匹配建议值,并评估了其安全裕量,研究成果可为400km/h高速铁路线路平面设计提供理论参考。

跨座式单轨车辆动力学性能分析及评价指标研究综述

为解决跨座式单轨车辆动力学性能评价指标不全面不系统问题,本文就目前针对跨座式单轨车辆动力学性能及评价指标的研究进行了系统性的总结。由于跨座式单轨列车转向架结构独特,运行、导向机理及轮轨之间的接触关系与传统铁道列车均有不同,导致跨座式单轨车辆的动力学性能及动力学性能评价指标与传统铁道列车差别很大。对此,本文总结了国内外学者对单轨列车动力学性能及车-轨耦合振动响应特性进行的研究,结果表明:目前国内对跨座式单轨车辆动力学性能评价指标的研究通常是采用理论计算和数值模拟相结合的方法,但实测得到的跨座式单轨车辆参数较少,使得研究建立的动力学模型不够准确,这使得国内外都还没有建立一套通用的适用于单轨车辆的动力学性能评价指标。

基于车辆-轨道耦合动力学理论的车辆动态包络线计算

针对现行车辆限界评判标准中考虑因素不全面、计算结果偏于保守的缺陷,研究了车辆在具体线路轨道上运行时的动态包络线计算问题。基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑轨道参振对车辆动态包络线的影响,并综合车辆在运行过程中所涉及到的其他限制因素,提出了一种精确计算车辆动态包络线的新方法,并运用该方法开展了工程实际应用研究。仿真结果表明:运用客车-轨道空间耦合模型计算车辆动态包络线时,计算过程更方便快捷,计算结果更直观精确,可为制定更加合理的车辆限界标准提供理论支撑。

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统动力学模型 ,推导了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰 ,对弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真 。

两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较

采用车辆 轨道耦合动力学理论及其相应的动力学仿真软件TTISIM ,分别对锥形 (TB型 )和磨耗形 (LM型 )踏面车辆与轨道的动力学性能进行理论仿真计算 ,并对计算结果进行了详细的比较。结果表明 :LM型踏面有利于车辆动态曲线通过 ;TB型踏面对提高车辆蛇行失稳临界速度有利 ;

机车车辆横向动力学性能仿真——车辆轨道耦合模型与传统车辆模型的比较

运用经过大量线路实车运行试验验证的车辆 轨道耦合动力学仿真软件TTISIM,对传统车辆动力学和车辆 轨道耦合动力学两种类型模型的横向动力性能进行了比较与分析.结果表明:车辆无论是在直线上运行还是通过曲线轨道和道岔时,采用传统模型计算所得的轮轨横向相互动作用力均较采用耦合模型计算的大;仿真计算车辆蛇行失稳临界速度时,采用前一模型得到的结果较后者偏高;而两者计算所得的车辆垂向与横向振动差别甚小.

车辆—轨道耦合动力学研究的新进展

车辆—轨道耦合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域 ,近 10年来发展迅速 ,并取得重要进展 ,已形成独特的理论体系。本文首先简要回顾了车辆—轨道耦合动力学的研究历史 ,并对国内外研究进展作了概要介绍 ;在此基础上着重介绍了作者及其课题组近期开展的研究工作及主要研究结果 ,包括理论模型、计算机仿真、试验验证、参数确定及应用实践等方面的具体进展 ;

机车车辆—轨道耦合动力学仿真系统的集成研究

机车车辆—轨道耦合动力学仿真已经开展了数值仿真、图形可视化等研究 ,但如何将相关的研究集成起来 ,形成一个单平台的较为完善的仿真系统 ,是一个急待解决的问题。文中采用面向对象的系统设计方法 ,结合基于变参数的车辆几何结构的三维生成、基于帧图象的动力学可视再现和曲线二维可视化等技术 ,将系统可视化模块和动力学计算模块有效地结合起来 ,研究了系统开发环境的结合方式、系统集成框架、基于CVF、VC和OPENGL等不同语言间的混合联编等问题。并给出了系统集成中基于标识集的数据传递流程和共享方式 ,定义了不同的独立模块之间的数据接口 ,提供了一个考虑计算、图形、和综合可视界面的合理的系统开发环境 。

采用直线电机车辆的轨道交通耦合动力学模型及仿真分析

建立了采用直线电机车辆的轨道交通的车-线耦合动力学模型,并与车辆动力学分析通用软件ADAMS/Rail进行了比较,从而验证了所建模型的正确性。通过对广州市轨道交通4号线工程线路设计参数进行的仿真计算,给出了相应的建议值。

机车车辆-轨道耦合动力学研究及应用成果荣获国家科技进步一等奖

2006年1月9日，国务院总理温家宝在全国科技大会上宣读了《国务院关于2005年度国家科学技术奖励的决定》。由西南交通大学牵引动力国家重点实验室副主任、列车与线路研究所所长、“长江学者”特聘教授、国家级有突出贡献的中青年专家、本刊编委翟婉明教授主持完成的科研成果“铁道机车车辆一轨道耦合动力学理论体系、关键技术及工程应用，，荣获2005年度国家科技进步一等奖。此前，该成果已入选2005年度“中国高等学校十大科技进展”。

《车辆-轨道耦合动力学》第3版出版

西南交通大学牵引动力国家重点实验室翟婉明教授撰写的专著《车辆-轨道耦合动力学》第3版已于2007年由科学出版社出版，全书50万字，共18章，分上、下两篇。 第3版是作者在1997年出版的第1版、2002年出版的第2版专著《车辆-轨道耦合动力学》的基础上，根据近年来承担国家、铁道部、教育部、四川省和铁路应用部门的一系列相关科研课题研究取得的最新成果重新撰写、修订而成的，在前2个版本的基础上有了重要发展．新版本理论体系上更趋完整，

机车车辆-轨道耦合动力学研究取得系统性成果荣获2005年度国家科技进步一等奖

西南交通大学“长江学者”特聘教授、国家级有突出贡献的中青年专家翟婉明教授领导的研究小组，在国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金及铁道部科技研究开发计划等持续支持下，经过15年研究，在机车车辆-轨道耦合动力学研究领域取得了系统性成果。“铁道机车车辆-轨道耦合动力学理论体系、关键技术及工程应用”入选2005年度“中国高等学校十大科技进展”，荣获2005年度国家科技进步一等奖。

重心偏置下齿轨车辆系统的动态行为

针对大坡度下车辆动态特性受齿轨车辆重心偏置影响的问题,在解析齿轮齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮齿轨啮合冲击与轮轨动态接触行为的扰动效应,建立齿轨系统车轨耦合动力学模型,并经过现场实验验证了模型的有效性;采用所建立的模型,探究平直段以及坡道段车体重心横纵偏置对驱动齿轮动态接触行为以及齿轨车辆运行安全平稳性的影响。结果表明:齿轨车辆存在重心偏置时,齿轮齿轨啮合激扰对车辆运行特性有显著影响;车体重心横向偏置对轮轨垂向力与轮重减载率呈线性影响,当重心横向偏置达到0.3 m时,轮轨垂向力达到75 kN,轮重减载率达到0.44;轮轨作用力除受车体重心偏置作用产生增减载外,亦受齿轮齿轨动态啮合影响产生剧烈振动;轮重减载率、车体垂向加速度与车体平稳性对车体重心纵向偏置较敏感,当车体重心后置0.2 m时,平直段的车体垂向加速度增大1.8倍,坡道段增大3.7倍,车体重心后置1 m时,车体平稳性达到最优。研究结论可为我国山地齿轨铁路设计及安全运维提供理论支撑。

桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素,建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型,研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响,最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明:在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下,桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂;当桥墩沉降量达到6.76 mm时,连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235 MPa,可能发生断裂,严重威胁结构稳定性和行车安全;齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度;齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%;齿轨振动主频位于70~80 Hz;桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著,而对齿轨振动、应力的影响较小。