铰接式城际列车车体晃动抖动机理研究

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铰接式列车是近几十年发展起来的一种轨道车辆。由于其自身的结构特点,铰接式列车比传统车辆具有更好的安全性和较低的成本,国外有很多成功应用的案例。我国轨道交通中使用的车辆绝大部分是传统车辆,对铰接式列车的研究和应用起步较晚。国外成功运用铰接式列车的案例,证明了转向架铰接这一形式在一定运用条件下是实用的。利用Simpack软件,本文建立了铰接式城际列车的动力学模型。评估了铰接式城际列车在空车(AW0)新轮、空车磨耗轮、重车(AW3)新轮、重车磨耗轮4种工况下的动力学性能。研究了铰接装置、车间纵向减振器、不同车间连接方式对铰接式城际列车动力学性能的影响。铰接装置轴向刚度、径向刚度、安装高度对列车的曲线通过性能影响较小。车间纵向减振器阻尼取值在300 k N·s/m~500 k N·s/m之间,综合刚度取值为20.0 MN/m时,列车的运行平稳性最佳。采用车间纵向减振器+双抗蛇行减振器连接方式的运行平稳性、曲线通过性能最佳。S1002CN新轮踏面与过打磨钢轨匹配,致使等效锥度过低,导致铰接式城际列车的两阶列车模态阻尼比过低,造成整列车所有车体均存在不同程度的低频横向晃动。这与传统车辆出现晃车问题时,仅单节车辆出现晃动的现象不同。通过仿真发现,进行钢轨打磨作业恢复钢轨标准外形,可以改善轮轨匹配关系,从而解决列车低频横向晃动问题。适当提高二系横向减振器阻尼,车间纵向减振器阻尼、综合刚度,并增加车间横向减振器,可以减轻低等效锥度条件下列车的横向晃动程度。磨耗踏面与轨肩凸出的异常钢轨匹配,致使等效锥度过大,导致列车在时速160km/h左右运行时,2位铰接转向架二次蛇行失稳且蛇行频率接近车体一阶菱形模态的频率。由于列车的铰接转向架采用四空气弹簧同时连接1车、2车车体,转向架二次蛇行引起的振动经轮对、构架传递至1车、2车车体,从而激发了车体一阶菱形模态,造成1车、2车车体出现抖动现象。通过仿真发现,车轮镟修和钢轨打磨作业均可以改善轮轨匹配关系,从而解决车体抖动问题。提高车体一阶菱形模态的频率,使其避开转向架蛇行频率,可降低车体异常弹性振动的程度,从而提高车体对磨耗踏面和异常线路的适应能力。
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