轨道车辆准静态轮重减载仿真程序的开发与应用VIP专享VIP免费

试验研究铁道车辆第43卷第1期2005年1月文章编号：1002—7602(2005)O1—0008—03轨道车辆准静态轮重减载仿真程序的开发与应用张锐，沈钢(同济大学机车车辆研究所，上海200331)摘要：在研究轨道车辆轮重减裁率动态特征的基础上，研制了基于一通用车辆垂向模型的计算机仿真程序，实现了车辆在不同的固定线路输入下准静态轮重减裁率的仿真。利用该程序计算了车辆通过缓和曲线和三角坑时的准静态轮重减载的变化规律，并分析了一系悬挂参数对车辆准静态轮重减栽率的影响。关键词：轮重减载率；仿真；计算；轨道车辆中图分类号：U270．11文献标识码：A轮重减载率是考察车辆安全性和动力学性能的重要指标。车辆在速度较低的情况下，曲线的过超高、轨面的长波不平顺以及货物偏载等因素会引起动态变化的准静态轮重减载。由于其持续时间较长，容易引起脱轨等威胁到行车安全的事故。而且，在实际的车辆运用中，由于施工慢行、路况以及临时停车等情况，出现长时间的较大的准静态轮重减载的情况也比较普遍。因此，研究车辆的准静态轮重减载率就显得比较重要。本文主要介绍车辆准静态轮重减载率仿真程序的原理及应用。该程序通过建立一个车辆垂向振动模型，实现对各种速度下不同轨道输入的车辆轮重减载的仿真计算，来研究不同情况下车辆的准静态轮重减载的情况。同时，应用本程序来研究一系悬挂参数对车辆准静态轮重减载的影响。1数学模型图1所示为单节客车的计算简图，计及6个自由度，分别是车体的浮沉和点头运动、前后转向架构架的浮沉和点头运动。假定车辆的纵向运动与垂向运动不耦合，为了简化计算，忽略车轮悬空(轮重减载率等于1)的状态，并且将车体和构架都看作是刚体。r-2t~z0b一’lJ工IlI工lfIJr图1单节车辆计算简图收稿日期：2004—06—11作者简介：张锐(1979一)，男，硕士研究生。·8·由于是对低速下运行的车辆进行仿真，在仿真过程中不考虑车辆与轨道的垂向耦合振动。在模型中轨道垂向不平顺输入对于各轮对都假定是非时变的，这样第1位以后的轮对的输入序列将是第1位轮对的输入序列的时延序列。2车辆一系悬挂参数对准静态轮重减载率的影响分析在本文中，选择一普通客车作为仿真对象，通过采集其在各个速度下不同路况上运行时的轮轨间垂向力的大小来计算车辆轮重减载大小。客车主要初始参数见表1。表1客车主要悬挂参数参数数值参数数值车体质量／t55单篓对一侧一季刚1．25~106度／(N·m一1)一构架质量／t2．5单刚度／(三一)X10Nls轮对质量／t1．9车竺过台长度13．5之半／m车头转惯量2．5X10~前里三悬挂距离9／(I【g-m0)～之半／m车体侧滚转惯量1．4XIO6两侧二系悬挂距离1．-A／(kg·m2、‘,十~c／iI_n～28构架点头转惯量2X10~轴距之半／m1．25／(kg·m0、构架侧滚惯量1．7X1os两季悬挂距离o．978／(kg·m0、～—之半／m～车重心距构架高1．6尼-s·．)-．系m～l／(Nm1)1．79×1。t度／m⋯单阻尼／(N·s·I~-1)m2．1在曲线和缓和曲线上的轮重减载率当车辆低速通过时，有2种情况可能使车轮产生维普资讯http://www.cqvip.com轨道车辆准静态轮重减载仿真程序的开发与应用张锐，沈钢轮重减载：(1)线路的外轨过超高，由于存在外轨超高，使内侧轮增载，外侧轮减载；(2)缓和曲线超高，两侧的钢轨不处于同一平面而使轮对处于扭曲状态，导致瞬时轮重减载过大。仿真中选择一条半径为1ooom、缓和曲线长度为90m、圆曲线长度为200m、超高为90mlTl的曲线作为轨道输入，对于不同的速度和不同的悬挂参数对车辆的轮重减载进行计算。仿真结果如图2～图5所示。静餐餐一辑静锯餐栅辑静辐繁I_I静辐餐栅辑载随一系刚度的减小而减小，但对导向轮轮重减载的影响并不是很大。由图3可以看出，二系悬挂刚度对轮重减载的影响比较明显。在低速情况下，当导向轮在圆曲线上运行时，其外侧轮重减载随二系刚度的减小而增加。当车辆运行速度为18km／h时，若二系刚度减小一半，圆曲线上外侧轮重减载率由0．08增加到0．14。随着速度的提高，二系刚度对轮重减载的影响更加明显。当车辆速度为54km／h时，二系刚度减小一半，最大车辆所在曲线位置，m车辆所在曲线位置，m车辆所在曲线位置，m图2在同一曲线上一系刚度变化对轮重减载...