大風(fēng)下動車組進(jìn)出隧道和防風(fēng)明洞的運(yùn)行穩(wěn)定性研究.pdf

1、大風(fēng)對于列車的運(yùn)行穩(wěn)定性有很大影響，特別是隨著列車車速的不斷提高以及車體輕量化，大風(fēng)下列車運(yùn)行穩(wěn)定性問題更加突出。動車組在進(jìn)出隧道和防風(fēng)明洞時，隧道口和防風(fēng)明洞口復(fù)雜的氣流特性，顯著改變列車受到的氣動作用力，使得列車的運(yùn)行穩(wěn)定性會受到威脅，蘭新線第二雙線處于新疆著名的大風(fēng)區(qū)，因此研究大風(fēng)下動車組進(jìn)出隧道和防風(fēng)明洞的運(yùn)行穩(wěn)定性有重要意義。
　　本文回顧了國內(nèi)外高速列車的發(fā)展，總結(jié)了大風(fēng)下列車的運(yùn)行穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀，介紹了多剛體動力學(xué)的

2、基本理論，對建立車輛微分方程的三種方法做了簡單說明。根據(jù)高速列車系統(tǒng)建模的基本規(guī)則，建立了車輛動力學(xué)分析物理模型。簡單說明了SIMPACK軟件的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了該軟件SIMPACK的Wheel/Rail模塊和Wheel/Rail模塊的建?；A(chǔ)理論。列出了列車建模時的規(guī)則和假設(shè)，并分析了車輛系統(tǒng)模型的自由度。在此基礎(chǔ)上介紹了A型動車組和B型動車組的動車組轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，并使用SIMPACK軟件建立了A型動車組和B型動車組三節(jié)車系統(tǒng)動力學(xué)模型，

3、分別計算了A型動車組和B型動車組模型的非線性臨界車速。選取京津?qū)崪y軌道譜作為本文模型的軌道不平順特征，對比了空氣動力學(xué)計算使用的坐標(biāo)系與系統(tǒng)動力學(xué)坐標(biāo)系的差別。在車體上建立跟隨坐標(biāo)，將氣動載荷以力元的形式添加至列車車體上。最后還敘述了高速列車的運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)。
　　基于建立的A型動車組和B型動車組三節(jié)車動力學(xué)模型，導(dǎo)入已有的氣動載荷數(shù)據(jù)，分別研究了動車組進(jìn)出防風(fēng)明洞和駛出隧道時的運(yùn)行穩(wěn)定性。在典型工況下，駛出防風(fēng)明洞時A型動車組和

4、B型動車組均可以運(yùn)行;駛?cè)敕里L(fēng)明洞時，某型動車組B中間車穩(wěn)定性參數(shù)超出限值，而A型動車組各穩(wěn)定性參數(shù)與駛出防風(fēng)明洞時相近，可以穩(wěn)定運(yùn)行。A型動車組和B型動車組駛出隧道的過程中，所受氣動載荷作用更加劇烈，B型動車組中間車的傾覆系數(shù)和輪重減載率指標(biāo)以及某型動車組A尾車輪重減載率指標(biāo)值均超出限值。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向角、車速等因素對動車組運(yùn)行穩(wěn)定性影響的研究，結(jié)果表明B型動車組在不同工況下駛出防風(fēng)明洞時，當(dāng)風(fēng)向角變化時，隨風(fēng)向角增大，頭車

5、的動力學(xué)性能逐漸改善，在風(fēng)向角為30°和90°時，中間車和尾車的動力學(xué)性能較差;隨風(fēng)速增大時，各節(jié)車的動力學(xué)性能逐漸變差，且風(fēng)速在30至40m/s區(qū)間內(nèi)時，傾覆系數(shù)、輪重減載率、脫軌系數(shù)和輪軌橫向力參數(shù)增加幅度最大;當(dāng)車速增大時，中間車和尾車動力學(xué)性能逐漸惡化，且在車速超過200km/h時，中間車和尾車動力學(xué)性能惡化程度增加，而頭車隨車速增加動力學(xué)性能逐漸改善。研究結(jié)果還說明，大風(fēng)對于列車動力學(xué)性能的影響主要由側(cè)向力決定，其余力和力矩對