试验型铰接式高速客车转向架非线性动态曲线通过性能的计算分析

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1、试验型較接式高速客车转向架非线性动态曲线通过性能的计算分析3沈钢陆正刚胡用生（上海交通大学）（上海铁道大学）提要为预测试验型餃接式高速客车的曲线通过性能，根据有关技术规则提供的列车结构参数及高速试验线的曲线线路条件，建立了适合钱接式结构的非对称3车4转向架的列车曲线通过计算模型和相应的SMULNK仿真模块图。分析了轨道随机激扰、踏面外形及主要悬挂参数对曲线通过性能的影响,获得该车组以300km./T高速通过大半径曲线（5600m）时主要的动态及稳态曲线通过性能特性。着重指出曲线轨道随机激扰对高速列车的影响。吴键词高速列车曲线通过机车车辆动力学中图分类号

2、U2601计算模型的建立如图1所示为铉接式车组的计算物理模型。车组由P车+A车+P车组成。两台屮间转向架分别置于A车两端。所选坐标系统，其前进方向为X轴方向，曲线方向按照左手定则确定。模型中计及37个自由度，分别为:8个轮对的横移和摇头,4个转向架的横移、摇头和侧滚,3个车体的横移、摇头和侧滚，并计及钢轨的横向刚度和阻尼。模型还考虑以下非线性因素:轮轨关系非线性'，二系抗蛇行减振器特性非线性，车间纵向减振器饱和特性。为了能分析多个车辆联挂的列车动力学系统，提高建模效率，本文开发了基于SMULNK软件的图形化非线性动态曲线通过计算方法。用内置的变步长Ru

3、nge2Kutta法计算。图1饺接式3车4转车组计算物理模型简图图2为车组的SMULNK图,图中子模块'车体1'、’车体2‘、’车体3’分别为前P牟/车和后P车车体的子模块。这些模块输入端的信号均为车体所受的来自外界的作用力，如二系悬挂力和力矩、轨道坐标运动加速度引起的惯性力和力矩等。输出端的信号为车体的状态变量。’车间悬挂1’和'车间悬挂2'分别为前、后车间悬挂系统子模块。输入端的信号为相邻车3国家重点科技项目（攻关）（No.9524113）1203）收稿日期:1997207208沈钢男1963年出生在职博士生（现为上海铁道大学副教授）上海交通大学动

4、力与能源工程学院邮编:200030休的状态变量，输出端的信号为作用到前后相邻车体上的作用力和力矩。’二系悬挂1'、’二系悬挂2‘、’二系悬挂3’和'二系悬挂4'分别为前后4个转向架上的二系悬挂系统子模块。输入端的信号为所连接车体的状态变量和所连接构架的状态变量，输出端信号为作用在所连接车体和构架上的力和力矩。’转向架1'、’转向架2'、’转向架3'和'转向架4'分别为前后4个转向架的子模块。输入端的信号为来自二系悬挂的作用力和力矩及来自轨道的输入。’轨道模型'为曲线轨道参数输入子模块。其输入端的信号为曲线轨道的各种参数，如直线、缓和曲线、圆曲线长度、圆

5、曲线曲率半径和超高不足。其输出端的信号为列车第一位轮对所处位置的曲线曲率半径和超高不足。图2左上方的菜单按钮用于原始参数的输入和结果显示，输入的参数有车辆结构参数、轮轨接触参数。图2左下方的模块用于输入或取消轨道的横向不平顺输人图2屮Uux”和'bemux”的作用分别是欠量合成和欠量分解。1弊礎］显示结果图彤1轮團魚黑需农输入S1002申轮獗甌口车的惫£2m时⑷Iff3JDemi€c

6、Demo]'片話几“詁J；CXZH"厂4S0]I4oon—二一于何邪图2车组系统SMULNK块流程图除了以上的基本模块外，深一层还有很多子模块，如轮轨蠕滑子模块和构架子模

7、块等等,详见文献2。与传统高级语言相比，采用SMULNK软件建立多车组曲线通过模型的特点是可以便程序规模任意大,各车辆的子模块可轻易复制，易于从单车模型生成多车组模型，时域积分计算方法可采用可靠的SMULNK内置算法。不足之处是运算速度较慢。车轮踏面外型选用3种高速踏面外型（TG4R.TG3和HLM）,用轮轨几何匹配软件将外形以Q1mm离散化，所有轮对均与60kg./i的钢轨匹配，轨低坡为1:40。求得的3组轮轨的左右轮径差之半（*（乩・「））随轮对横移量的变化如图3所示。由图3曲线可见,TG4R与TG3的曲线除两端外基本一致。HLM的轮径差在小位移段

8、较TG3或TG4R的大。轮轨间隙为53〜62mmo图4为TG4R的等效斜度随横移量的变化。图3轮轨几何接触参数图图4轮轨几何接触参数图2计算工况的确定模拟计算列车以匀速通过光顺的缓和曲线2圆曲线2缓和曲线2直线轨道的整个动态过程。缓和曲线长度为450m,圆曲线半径为5600m,圆曲线长度为400m,外轨超高为150mm,轨距加宽为零，列车速度为300km声，此时超高不足约为40mm°3种轮轨蠕滑水平:全蠕滑、半3计算结果及分析31无轨道不平顺时的情况这里仅列出采用TG4R型轮踏面的列车曲线通过计算结果'o当曲线为平顺轨道时主多曲线通过性能的稳态值和最大

9、值见表1〜表4。各轮对相对轨道中心线的横向位移Jfini表I蠕滑水平第一轮对最大稳态第二轮对最