地铁车辆悬挂系统的参数优化及失效分析

摘要

本文以我国成都地铁目前运行的B型车辆系统为依托，利用动力学仿真软件Simpack建立了地铁车辆系统的动力学仿真模型，对该车辆系统的动力学性能指标进行了分析，并优化了一系和二系悬挂参数，最后分析了非正常工况下的动力学性能指标。主要的工作内容包括：
　　本文首先介绍了该地铁车辆系统转向架及结构部件的特点，利用Simpack多体动力学仿真软件建立了地铁车辆系统动力学模型，计算分析了该车辆系统在不同速度和曲线工况下的运行平稳性、运行稳定性和曲线通过性能等。优化了在不同曲线工况下影响地铁车辆动力学性能指标的悬挂参数，包括一系悬挂参数中的轴箱单个叠层橡胶弹簧纵向刚度Kpx和轴箱单个叠层橡胶弹簧横向刚度Kpy，以及二系悬挂参数中的二系悬挂垂向阻尼Csz和二系悬挂横向阻尼Csy等。最后分析了四种非正常工况下该地铁车辆系统在各曲线工况下的动力学性能指标，分别是二系横向减振器失效工况、空气弹簧无风工况、侧风运行工况、踏面等效斜度0.35时的工况。
　　经过动力学计算分析后得到以下结论：
　　地铁车辆系统的线性和非线性临界速度均大于该车要求运行的最高速度。运行平稳性指标也满足要求，在各曲线工况上运行的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率均满足了GB5599-85中的相关规定。通过动力学仿真计算并分析得出，建议轴箱单个叠层橡胶弹簧纵向刚度Kpx取3.5MN.m-1，轴箱单个叠层橡胶弹簧横向刚度Kpy为2.5 MN.m-1；二系悬挂垂向阻尼Csz取20kN，s/m和二系悬挂横向阻尼Cxy取30kN.s/m。在选择地铁车辆系统的悬挂参数时，建议结合制造工艺、安装工艺以及材料成本综合考虑各参数的选取。在非正常工况下的分析结果表明：二系横向减振器对运行平稳性和曲线通过性能影响较大，失效时车辆应减速慢行；空气弹簧无风时其平稳性指标大大降低，失效时建议地铁车辆通过正线时降速行驶，辅助线路以低于10km/h的速度运行；踏面等效斜度为0.35时，此时对车辆系统通过小半径曲线是有利的，但在正线上运行时，对蛇行运动不利，建议正线时减速慢行，并及时分析处理该问题以避免发生行车事故；侧风运行时，正线应减速行驶。