高速列车载荷频率及载荷谱特性研究

摘要

当前我国高速铁路发展势头迅猛，列车速度的不断提高使转向架载荷特性问题受到越来越多的关注。作用于转向架上的载荷对其振动特性和结构强度有着决定性的影响，高频振动不但会影响列车运行安全性和乘坐舒适性，还会加速车辆系统部件的疲劳损伤。本文利用数值仿真分析方法，结合实测转向架载荷信号分析，对高速列车转向架载荷频率传递规律和载荷谱特性进行了研究，所做工作如下。
　　首先，介绍本论文的研究背景及意义，总结国内外研究现状，明确论文研究目的和研究方法。而后，建立转向架构架和轮对的有限元模型，利用Block Lanezos法对二者的自振特性进行分析，分别得到其固有频率和振型。建立转向架系统有限元模型。
　　在SIMPACK中建立车辆系统动力学模型，施加实测线路轨道谱，计算得到轮轨激振力和转向架载荷；利用所得轮轨激振力在ANSYS中对转向架系统进行瞬态动力学分析，得到了转向架垂向载荷、横向载荷、构架应力和轮对应力。对ANSYS瞬态动力学计算所得结果、SIMPACK动力学计算结果进行了对比分析，得到了转向架载荷频率传递规律，分析了两种方法计算结果的相似性和差异性。
　　依据数值分析仿真计算所得转向架载荷特征和载荷频率传递规律，确定了测试信号处理有效截止频率。处理实测转向架载荷数据，编制转向架载荷谱；对典型工况下转向架载荷数据进行抽样，得到列车进出库、高速直线运行和高速曲线运行三种工况下轴箱弹簧载荷和定位转臂载荷，从时域和频域两个角度出发，分析了转向架载荷特性。
　　得出如下结论：ANSYS瞬态动力学分析结果表明，转向架构架在300km/h速度级轮轨激振力的作用下有可能发生弹性共振；对比分析转向架瞬态动力学分析和SIMPACK计算结果之后发现，转向架载荷在经一系悬挂系统、转向架构架传递至二系悬挂系统过程中，频率成分发生了明显的衰减；构架应力和轮对应力频率之间也表现出一定的关联性；转向架载荷在高速直线工况运行下表现出幅值小、频率高的特点，而在进出车库、过道岔和小半径曲线时转向架载荷则是大幅值、低频率。总体而言，转向架动态载荷以小幅值为主。