高速客車懸掛系統靜撓度分配對運行平穩性的影響

摘要： 為提高高速客車乘坐的舒適性，以懸掛系統靜撓度為研究對象，討論了二系和一系懸掛靜撓度比與總靜撓度的關系.根據振動理論及多體系統動力學原理，研究了不同靜撓度比下二自由度車輪荷重系統受迫振動的特點，建立了高速客車分析模型，分析了不同速度下一系和二系靜撓度分配對高速車輛運行平穩性的影響.研究結果表明：對于車輪荷重系統，在低于4 Hz的頻段中，車體加速度隨撓度比的增大而減小，在高于4 Hz的頻段，撓度比為1.0和2.0時，車體加速度較小；隨著靜撓度比增大，構架振動加劇，車體橫向平穩性略有降低，頻率在 2～10 Hz之間車體垂向振動明顯變大，靜撓度比為0.5和8.0時的垂向平穩性指標比靜撓度比為2.0時的計算結果分別高出1.5%和6.0%.

關鍵詞： 靜撓度；懸掛系統；高速客車；平穩性

中圖分類號： U270.1文獻標志碼： AEffect of Distributions of Static Suspension Deflection on

國內外客車轉向架在設計或改造中均采用了二系彈簧懸掛裝置，以增加車輛總的靜撓度.二系懸掛裝置中廣泛應用高柔度的螺旋圓彈簧和空氣彈簧，空氣彈簧應用最多.空氣彈簧的當量靜撓度設計較大時，可大大提高懸掛系統的總靜撓度.由于空氣彈簧的柔度較大，車輛通過較大的橫向不平順線路時，造成運行中車體側滾角位移增大和晃動次數增加，影響了乘坐舒適性和安全性[1].通常采用中央彈簧外側懸掛或增設抗側滾扭桿來改善車輛的抗側滾性能[2]，但同時造成了構架及車體結構復雜化.為了提高車輛的垂向動力學性能，針對懸掛系統開展了大量研究，大多以軌道隨機不平順作為車輛振動分析的輸入激勵[3]，將一系或二系懸掛垂向剛度視為獨立變量，研究了單參數對車輛振動模態及垂向動力學性能的影響規律[48]，或采用優化算法確定懸掛系統的參數匹配[9].文獻[2，10]針對國內的運行速度不高的主型客車，研究了懸掛靜撓度的分配比對車體垂向振動特性影響.但隨著列車運行速度的提高，對客車運行安全性和平穩性提出了更高的要求，需要進一步考查高速條件下一系和二系懸掛靜撓度的匹配關系.

本文將二系和一系懸掛靜撓度比作為變量，討論總的靜撓度不變時，二系懸掛靜撓度的不同分配對高速行車條件下客車直線運行平穩性的影響規律.西南交通大學學報第48卷第2期劉鵬飛等：高速客車懸掛系統靜撓度分配對運行平穩性的影響1二系懸掛垂向剛度與二系、一系懸掛靜撓度比的關系為了保證高速客車的垂向動力學性能，總的靜撓度需要保持在一定范圍內.本節討論總靜撓度為f0= 450 mm時，二系懸掛垂向剛度與二系、一系懸掛靜撓度比與總靜撓度的關系.

4結論（1） 增加靜撓度比加劇了輪軌界面傳遞到構架上的振動，構架的振動直接影響到車體的振動特性，并非靜撓度比越大越有利于提高運行平穩性.

（2） 靜撓度比的變化主要影響車體及構架的垂向振動特性，對橫向振動影響不大.靜撓度比在2.0附近時，車體垂向平穩性最好；靜撓度比低于2.0時，二系懸掛靜撓度的增大可以抵消構架加速度增大對車體帶來的不利影響，車體的垂向平穩性隨著靜撓度比的增加得到改善；靜撓度比超過2.0時，盡管二系懸掛靜撓度繼續增大，但無法抵消構架加速度增大對車體振動帶來的影響，從而導致車體的垂向運行平穩性變差.增加靜撓度比會降低客車的橫向運行平穩性，但影響幅度不大.

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（中文編輯：秦瑜英文編輯：蘭俊思）