某型钢轨打磨列车动力学特性研究

摘要

轨道系统是铁路运输中重要的基础设施之一，钢轨是轨道系统的重要组成部件。因钢轨与列车车轮直接接触，承担来自车辆系统的动态或静态载荷，故钢轨的性能直接影响列车的运行品质和安全。钢轨长期承受来自列车的动力作用，再由于自然条件和钢轨本身的质量等因素，钢轨在长期的运用过程中将不可避免的产生如磨耗和裂纹的伤损，这些伤损会使轮轨接触恶化，使轮轨间的动态作用力加大，导致钢轨寿命缩短，甚至将威胁铁路运输安全。本文所研究的某型钢轨打磨列车就是一种消除钢轨表面缺陷的铁道特种车辆，由于该钢轨打磨列车为新造车辆，为保证其在线路上安全平稳的运行，较好地对钢轨进行打磨工作，有必要对该车的动力学性能进行充分的分析研究。 利用多体动力学软件SIMPACK分别建立该钢轨打磨列车在自走行工况下作业车与动力车的动力学模型和作业工况下作业车的动力学模型。分别分析作业车和动力车各悬挂参数对其动力学性能的影响，并确定较佳匹配的悬挂参数；预测作业车和动力车在自走行工况下的运行稳定性、平稳性和安全性；分析钢轨打磨小车的曲线通过安全性。 通过仿真和分析得出：转向架一系纵向刚度和一系横向刚度对作业车和动力车的运行稳定性和曲线通过安全性的影响较为显著；一系垂向阻尼系数对车辆运行的垂向平稳性影响较为显著；二系横向刚度和二系横向阻尼系数对车辆运行的横向平稳性影响较为显著。在确定较佳的悬挂参数匹配后，对车辆的动力学性能进行了预测。作业车和动力车的蛇行失稳临界速度分别为304km/h和272km/h，满足120km/h的最高运行速度的要求。作业车和动力车在各直线和曲线工况下运行的平稳性和安全性指标均满足GB/T17426-1998标准所规定的限度值。通过对比作业车和动力车相关动力学指标的试验值与仿真值得出：在直线工况下，作业车和动力车横向平稳性指标的仿真值基本大于试验值，垂向平稳性指标试验值和仿真值误差值相对较小，说明所试验的直线线路的水平不平顺可能优于美国V级谱，垂向不平顺可能与美国V级谱相当；在曲线工况下，作业车和动力车各安全性指标的试验值和仿真值的变化规律基本一致，但在数值上存在一定的差异。在作业工况下，当钢轨打磨列车以2~16km/h的作业速度通过R180m的最小作业曲线时，作业车和动力车的各安全性指标均满足要求，但是打磨小车的2、3位轮对的轮重减载率已超出第一限度值，且脱轨系数接近第二限度值。通过在钢轨打磨小车的承载鞍和车架之间添加橡胶垫，并优化橡胶垫的垂向刚度和水平刚度的匹配后，打磨小车曲线通过安全性得到显著地改善，且各安全性指标均满足 GB/T17426-1998 所规定的限度值。

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