基于有限单元法轮对-车轴系统动力学特性研究

轮对车轴系统作为轨道交通车辆上的重要部件,随着车速的提高,其动力学问题也变得十分迫切和必要.提出一种基于有限元方法的弹性轮对-车轴系统动力学建模方法,利用该方法分析了轮对-车轴系统的固有特性与临界转速,并与有限元分析软件计算结果进行对比验证.在此基础上,分析车轮偏心状态下转子动力学响应.结果表明,两种方法计算的振型一致且固有频率值和临界转速误差均小于8%,验证了该模型的正确性,轮对-车轴系统前四阶振型主要为一弯曲和二弯曲振型;此外,轮轨法向动态作用力随着车轮偏心距和转速的增加而增大.

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此,系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先,采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程,并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元;然后,编制了相应的MATLAB计算程序,并与建立的等效ANSYS模型作对比,验证了自编程序的正确性;其次,基于自编程序设计了四种模态模型,即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型,详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律;最后,讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明:弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息,且模态数据保持一致;由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著,使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段,且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状;所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率,尤是车轮损伤故障激励。