某养路车辆动力学性能仿真

王 帆 周文祥 刘 宇（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）

某养路车辆动力学性能仿真

王 帆 周文祥 刘 宇
（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）

摘 要：利用多体动力学软件SIMPACK，建立养路车辆动力学仿真模型，分析了养路车辆的非线性临界速度、直线运行平稳性以及曲线通过性能等动力学指标。结果表明，该养路车辆具有良好的动力学性能。

关键词：养路车辆；临界速度；平稳性；曲线通过性能

大型养路机械在我国铁路的推广使用，为铁路提速扩能、保证运输安全发挥了重要作用。这对养路车辆动力学性能提出了更高的要求，因而有必要对其动力学性能进行评价。

1 某养路车辆的动力学模型

某养路车辆转向架为焊接H型构架，导框式轴箱定位，一系悬挂包括轴箱、双卷螺旋弹簧、斜锲减振器、油压减振器等，车体由常接触弹性旁承和球面心盘共同承载，坐落在构架上，再通过一系悬挂作用在轴箱和轮对上。其最高运行速度为100km/h，构造速度为120km/h。

利用SIMPACK建立某养路车辆动力学仿真模型。用数值积分方法求解，充分考虑轮轨接触几何和蠕滑关系的非线性、轮对自由横动量和轴箱横向止挡的非线性、一系减振器卸荷特性的非线性。

2 动力学性能计算分析

车辆运行稳定性和曲线通过性能往往相互矛盾，二者要同时兼顾，才能保证车辆具有良好的动力学性能。利用SIMPACK进行动力学性能分析，主要对养路车辆非线性临界速度、直线运行平稳性和曲线通过性能等进行计算。

2.1 养路车辆非线性临界速度

在SIMPACK中，首先让车辆在一段有激扰的直线上运行，然后在一段光滑的线路上继续运行，观察各轮对横向位移的收敛情况来判断是否失稳。利用上述方法得出一位轮对横向位移时间曲线，如图1所示。当v=185km/h时，轮对横向位移很快趋向于零，因而该养路车辆的非线性临界速度为185km/h，能够满足100km/h安全运行的要求。

2.2 养路车辆直线运行平稳性

直线运行平稳性，是反映车辆总体综合动力学性能的重要指标，采用最大振动加速度和平稳性指标进行评定，并按照GB/T17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》规定进行评价。

利用变参数法分析养路车辆以40-140km /h的速度在直线上运行时的动力学性能。采用秦沈线实测轨道谱激扰，考虑水平、垂向和横向不平顺。

由图2、3可知：该养路车辆的横向、垂向平稳性指标都随着速度的增加而增大。且各平稳性指标在120km/h（构造速度）速度范围内均小于标准值3.0，达到GB/T17426-1998的优级标准；在140km/h速度范围内仍小于3.5，达到良好标准。说明该养路车辆具有良好的运行平稳性。

2.3 养路车辆曲线通过性能分析

养路车辆曲线通过性能主要以脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性评价指标衡量。按照某厂家相关标准要求，结合实际情况，以60km/h速度通过现有R600半径曲线进行线路试验。固本文重点分析了养路车辆以不同速度通过R600曲线半径时的曲线通过性能。

2.3.1 R600m曲线通过性能

计算养路车辆以40～90km/h的速度通过R600m曲线的各项动力学指标。曲线组成为：直线100m+缓和曲线120m+圆曲线300m+缓和曲线120m+直线100m，线路超高为120mm，轨道激励为秦沈轨道谱。

养路车辆的轮轴横向力、轮对摇头角、轮重减载率和脱轨系数随速度变化情况如图4、图5、图6、图7所示。

分析知：

表1 一位轮对动力学指标

（1）40≤V＜70km/h时，各项动力学指标随着速度的增大而减小，曲线通过性能逐渐提高；

（2）V＞80km/h时，动力学指标随着速度的增大而增大，曲线通过性能逐渐降低；

（3）70≤V≤80km/h时，未被平衡的离心加速度接近于零，此时动力学指标最低，曲线通过性能达到最优；

（4）一位轮对是导向轮对，其各项动力学指标均大于其他三位轮对。

以不同速度通过R600m半径曲线时，养路车辆的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、轮对摇头角等均满足GB/T17426-1998相关要求，说明养路车辆在R600m半径曲线上，具有良好的曲线通过性能。

2.3.2 其他曲线工况

为了更全面的了解该养路车辆的曲线通过性能，又分析了其他曲线工况，曲线采用秦沈轨道谱激扰，缓和曲线为120m，圆曲线为600m。由上节知一位轮对的动力学指标最为恶劣，因此以一位轮对为研究对象，计算结果见表1。可知，其他曲线工况下，各项动力学指标仍满足GB/T17426-1998相关要求，该养路车辆的曲线通过性能优良。

结语

经过以上仿真分析可以可知：

（1）某养路车辆的非线性临界速度为185km/h，远大于其构造速度120m/h，能满足最高运行速度100km/h的运行要求，并具有足够的安全裕量。

（2）在规定的运行速度范围内，横向和垂向平稳性指标随着速度的增加而增大，且都小于3.0，符合优秀等级要求，具有很好的直线运行平稳性。

（3）以不同速度通过R600曲线半径以及以单一速度通过不同半径曲线时，其各项动力学指标都在规定的限度值内，说明曲线通过性能良好。

参考文献

[1]王福天.车辆系统动力学[M].北京：中国铁道出版社，1994.

[2]赵增闯，陈清. 2C_0半体悬高速机车平稳性及曲线通过性能分析[J].铁道机车与动车，2013（10）：40-46.

[3]何皋，陈清.悬挂参数对 250 km/h 高速机车横向动力学的影响[J].电力机车与城轨车辆，2012（02）：25-29.

[4]严隽耄，付茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[5]GB/T 17426，铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法[S].

[6]李亨利，李 芾，傅茂海，黄运华.曲线几何参数对货车转向架曲线通过性能的影响[J].中国铁道科学，2008（01）：70-75.

中图分类号：U273

文献标识码：A