高速列車動(dòng)力學(xué)參數(shù)影響度的研究與應(yīng)用.pdf

1、近半個(gè)世紀(jì)高速鐵路理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的累積，不斷創(chuàng)造著高速輪軌交通奇跡。世界高速列車發(fā)展循序漸進(jìn)，具有較強(qiáng)技術(shù)繼承性和延續(xù)性，因服役需求、環(huán)境和技術(shù)體系的差異形成了多派系車型技術(shù)。以高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)為例，不同速度等級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，速度級(jí)越高，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)潔，各部件功能分工越明確，模塊化設(shè)計(jì)越體現(xiàn);結(jié)構(gòu)決定功能，同速度級(jí)下轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)理念/方法具有共性，速度越高，轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)共識(shí)越多。結(jié)構(gòu)選型越來(lái)越趨同的轉(zhuǎn)向架，其性能進(jìn)一步提升則必須依賴于參數(shù)，參數(shù)

2、決定性能，懸掛系統(tǒng)剛度與阻尼的搭配和結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)的確定，決定著轉(zhuǎn)向架、車體以及列車振動(dòng)特性。車輛設(shè)計(jì)性能的充分保證，除了設(shè)計(jì)值優(yōu)選，還涉及服役中參數(shù)性能退化的控制，其中部件狀態(tài)監(jiān)控、部件功能維修是有效有段。參數(shù)范圍決定著性能的變化范圍，掌握參數(shù)影響特性和服役變化特性，并加以利用，是控制車輛動(dòng)力學(xué)性能域的根本。
　　圍繞國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）——高速列車安全服役關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題研究(2007CB714700)的子課題“高

3、速輪軌系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為與性能演變規(guī)律”和“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題——中國(guó)高速列車關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研制(2009BAG12A00)的子課題“高速列車共性基礎(chǔ)及系統(tǒng)集成技術(shù)”和“高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)”等項(xiàng)目而開(kāi)展研究，主要開(kāi)展的研究工作如下:
　　(1)對(duì)世界高速列車、高速轉(zhuǎn)向架發(fā)展概況分別以不同國(guó)別和不同速度等級(jí)劃分進(jìn)行了描述，提取了高速轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)共識(shí);結(jié)合國(guó)內(nèi)外高速列車運(yùn)營(yíng)維護(hù)、維修等現(xiàn)狀，明確了車輛參數(shù)完備的設(shè)計(jì)特性和服役特性

4、研究的意義?；趪?guó)內(nèi)外控制車輛橫、垂、縱三向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的研究現(xiàn)狀以及車輛服役過(guò)程中的參數(shù)偏差研究現(xiàn)狀，確定了本文研究的基本框架、方向及內(nèi)容。
　　(2)基于多體動(dòng)力學(xué)理論，建立了車輪、車輛和列車模型，明確了三大動(dòng)力學(xué)性能和車輛振動(dòng)頻率的評(píng)價(jià)指標(biāo);將參數(shù)分類為結(jié)構(gòu)參數(shù)和懸掛參數(shù)，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法和全面試驗(yàn)法研究其對(duì)車輛直線和曲線動(dòng)力學(xué)性能的影響。
　　(3)利用敏感性分析、影響曲線擬合以及基于影響度的參數(shù)域確定方法，進(jìn)

5、行參數(shù)靈敏度對(duì)比。對(duì)于車輛穩(wěn)定性，首先進(jìn)行單個(gè)結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)的影響度分析，并結(jié)合部件的極端故障變化影響特性，提取對(duì)非線性臨界速度的顯著影響因子，如簧上質(zhì)量Mc、等效錐度λe、抗蛇行阻尼Csx、橫減阻尼Csy和一系縱向定位剛度Kpx;再對(duì)顯著影響參數(shù)進(jìn)行兩結(jié)構(gòu)參數(shù)(Mc-λe)、三懸掛參數(shù)（Csx-Csy-Kpx）、結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)組合(Mc-Csx-Kpx和λe-Kpx-Kpy）同時(shí)變化的影響度分析。并發(fā)現(xiàn)，多參數(shù)影響與單參數(shù)影響存在一定

6、差別，既可加強(qiáng)穩(wěn)定性，亦有減弱的趨勢(shì)。利用二維曲線圖表、三維域度分析方法，以車輛安全域?yàn)槟繕?biāo)，直觀地提出參數(shù)域選擇以及進(jìn)一步改進(jìn)的方向。
　　(4)將參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響度研究思路，應(yīng)用于參數(shù)對(duì)車輛安全性、平穩(wěn)性以及振動(dòng)頻率特性的影響度分析中。車輛安全性和平穩(wěn)性結(jié)合車輛直線和曲線通過(guò)性能共同描述，并研究了兩個(gè)速度等級(jí)300km/h和350km/h的參數(shù)影響?；上沦|(zhì)量Mw,與Mc、Csx和Kpx一并對(duì)減載率、脫軌系數(shù)和輪軸橫向力等安全

7、性指標(biāo)的影響顯著;Mc、Csx和Kpx是影響車輛橫向平穩(wěn)性的重要參數(shù)，而對(duì)垂向平穩(wěn)性而言，空簧垂向剛度和阻尼是重要因子。結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)間交互作用的影響亦不容忽視。性能評(píng)價(jià)指標(biāo)不再單一，這為參數(shù)域的確定增添了更多的約束條件。
　　(5)對(duì)比分析了五種軌道不平順下車輛位移和加速度的響應(yīng)特性，提出對(duì)線路服役狀態(tài)控制的必要性。車輛振動(dòng)頻率主要針對(duì)蛇行頻率、懸掛自振頻率而展開(kāi)，將速度參數(shù)亦引為主要分析對(duì)象，特別對(duì)蛇行頻率特性進(jìn)行了仿真和臺(tái)架

8、試驗(yàn)研究。
　　(6)研究了車輛參數(shù)設(shè)計(jì)域、服役域和維修域變化特性，調(diào)研了國(guó)內(nèi)高速轉(zhuǎn)向架檢修特點(diǎn)和服役故障分布特點(diǎn)，結(jié)合參數(shù)對(duì)車輛性能的影響度研究結(jié)論，對(duì)車輛結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)的狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的車輛狀態(tài)進(jìn)行了討論。
　　(7)基于結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響度研究，提出了車輛穩(wěn)定性的“開(kāi)環(huán)”控制思路，清晰地描述了車輛穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)理念;再結(jié)合車輛的服役特性，引入“閉環(huán)”控制理念，添加了對(duì)服役失穩(wěn)現(xiàn)象的快速調(diào)整策略。國(guó)內(nèi)CRH系列不同