【摘 要】
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当列车跨线运行或经过钢轨异常打磨区段,轮轨匹配关系复杂多变,异常的轮轨匹配关系会导致车辆发生蛇行运动现象,影响乘坐体验及行车安全。当车辆蛇行失稳未达到报警条件时,列车仍保持高速运行。此时,列车与周围环境的相互作用将不容忽视。本文考虑列车在环境中高速运行时所受的空气动力作用,基于多体动力学理论和流固耦合离线仿真计算方法,研究了异常轮轨关系与气动载荷对列车的蛇行运动稳定性及动力学性能的影响情况。根据计
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当列车跨线运行或经过钢轨异常打磨区段,轮轨匹配关系复杂多变,异常的轮轨匹配关系会导致车辆发生蛇行运动现象,影响乘坐体验及行车安全。当车辆蛇行失稳未达到报警条件时,列车仍保持高速运行。此时,列车与周围环境的相互作用将不容忽视。本文考虑列车在环境中高速运行时所受的空气动力作用,基于多体动力学理论和流固耦合离线仿真计算方法,研究了异常轮轨关系与气动载荷对列车的蛇行运动稳定性及动力学性能的影响情况。根据计算结果提出了针对性的建议,对确保列车的安全运行具有一定的工程指导价值。本文以国内某型高速列车为研究对象,主要做了以下工作:（1）利用SIMPACK多体动力学软件建立了三编组列车动力学模型。通过仿真分析了列车在正常锥度、异常低锥度和异常高锥度三种轮轨匹配关系下表现出的稳定运行、车体蛇行和构架蛇行现象。通过对三种运动状态下列车动力学性能的对比,总结了稳定状态和不稳定状态的动力学性能差异。（2）利用SOLIDWORKS软件建立了简化的列车三编组几何模型。考虑单列车受定常稳态横风作用和两列车等速交会两种典型运行工况,利用FLUENT流体数值计算软件分析比较了列车在两种典型工况下各节车辆的压力特征和气动载荷特性。计算结果表明,头尾车气动力差异明显。此外,通过对比200 km/h速度下列车交会时车体横向振动加速度的仿真结果和实测结果对模型进行了验证。（3）采用流固耦合离线仿真计算方法,从运动姿态、运行品质以及安全性指标等方面,研究了异常轮轨关系与气动载荷对车辆蛇行运动稳定性及相关动力学性能的影响规律。研究结果表明,在横风作用下:头车车体横移量远大于尾车,不同轮轨匹配关系下的车体和轮对运动姿态有明显差异。列车速度为200 km/h和250 km/h时,横风会加剧低锥度车体蛇行时的列车尾摆现象。列车速度为350 km/h时,异常高锥度构架蛇行时列车无抗风能力;列车速度在300 km/h以下,异常低锥度车体蛇行时抗风能力最差,且随着列车运行速度提高,允许安全风速不断降低。列车交会将引起异常低锥度车体蛇行运动的加剧;列车在异常高锥度构架蛇行状态下高速（350 km/h）交会时存在脱轨风险,在其他速度下交会对高锥度构架蛇行运动的影响很小。针对高锥度构架蛇行时高速运行适应环境差这一恶劣工况,通过优化抗蛇行减振器阻尼,可以提高列车在高速运行下的抗风能力。
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