基于SIMPACK和Simulink联合仿真的摆式动车组曲线通过性能研究

摘要

我国铁路发展至今，经历了六次铁路大提速并开行了高速动车组，列车的运行速度已经有显著提高。尽管我国已经建成了2.5万km的高速铁路，但仍然有10.2万km的既有线铁路。特别在我国西部地区，山区铁路的小半径曲线较多，限制了列车运行速度的提高。根据国外的应用经验，摆式列车能显著提高列车的曲线通过速度，而不降低乘坐舒适性。在国外，摆式列车的新技术不断被研发，并应用于新的车型。 国内从上世纪 90 年代开始进行摆式列车的相关研究，种种原因导致其未能在我国得到实际应用，但从未停止对摆式列车的研究。 轮轨接触关系具有很强的非线性，轮轨间的受力状态比较复杂。摆式列车以较高速度通过曲线时，因倾摆机构的动作而使车体向曲线内侧倾摆，加剧了轮轨之间的受力情况，可能影响列车的动力学性能和旅客的乘坐舒适性。因此，本文将采用联合仿真的方法仿真研究车体倾摆对摆式车辆曲线通过性能的影响。 论文首先介绍了摆式列车的提速原理，根据倾摆机构的结构，利用 MATLAB 软件编写了描述倾摆机构运动轨迹的程序，从而得到倾摆作动器行程与车体倾摆角之间的近似线性关系；然后根据倾摆机构的性能要求对作动器进行方案设计，采用Simulink研究倾摆作动器的性能，基于 SIMPACK 建立摆式车辆的动力学模型；最后采用SIMPACK/Simulink 联合仿真的方法建立了倾摆机构和车辆动力学耦合的模型，基于此联合仿真模型重点研究了车体倾摆对摆式车辆曲线通过动力学性能和乘坐舒适性的影响，并研究了倾摆机构发生故障对摆式车辆曲线通过动力学性能和乘坐舒适性的影响，为今后的故障检测提供参考。 研究结果表明，采用摆式列车可在确保乘坐舒适性的前提下，提高列车的曲线通过速度，且动力学性能满足要求；倾摆角速度对摆式车辆的动力学性能影响较小，仍有较好的乘坐舒适性；倾摆机构发生故障对动力学指标影响较小，但对乘坐舒适性影响较大，发生故障时需及时处理。

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