SIMPACK某型軌道車輛動態(tài)性能仿真研究

中北大學(xué)機械與動力工程學(xué)院 劉 波 劉廣璞

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SIMPACK某型軌道車輛動態(tài)性能仿真研究

中北大學(xué)機械與動力工程學(xué)院 劉 波 劉廣璞

【摘要】利用多體動力學(xué)軟件SIMPACK對某型軌道車輛進行整體建模，采用不同速度通過直線軌道線路而獲得車輛的線性和非線性臨界速度，通過對其速度的分析，得到車輛平穩(wěn)性與安全性的指標。

【關(guān)鍵詞】simpack軟件；線性臨界速度；非線性臨界速度

1　引言

近幾年來，隨著我國軌道車輛速度的不斷提升，對于車輛的舒適性與安全性己成為現(xiàn)代軌道車輛發(fā)展的主要研究方向。故軌道車輛的動力學(xué)性能分析與研究越來越重要。對于軌道車輛來說，軌道車輛的一個特點就是輪對與軌道之間的相互作用，有必要研究車輛的輪軌作用關(guān)系，從而更進一步分析其整體車輛的動力學(xué)特性，為軌道車輛的設(shè)計、制造和運行等提供指導(dǎo)[1]。

2　動力學(xué)模型建立

車輛-軌道耦合動力學(xué)是將車輛與軌道看成是一個關(guān)系密切相互影響的一個大系統(tǒng)來研究，這樣車輛和軌道兩者通過輪軌系統(tǒng)來連接，當這一系統(tǒng)受到外部條件的激擾時，輪軌之間將會出現(xiàn)動態(tài)變化的作用力[2]。

圖1　SIMPACK建立的車輛模型

3　軌道車輛動力學(xué)仿真

在軌道車輛的動態(tài)性能指標中，車輛的線性臨界速度和非線性臨界速度可以判斷車輛安全行駛的最高速度，根據(jù)此二者的速度，可以估算車輛行駛時的安全性。

3.1線性臨界速度的分析

采用SIMPACK軟件進行仿真的時候，先設(shè)置軌道車輛的開始速度為300km/h，結(jié)束速度為450km/h，速度增量為10km/h，求解得到的某型軌道車輛根軌跡圖如圖2所示。根軌跡計算結(jié)果如圖2所示，顏色從藍色——綠色——紅色，速度逐漸增大，圖中各條根軌跡代表車輛模型中不同的體，在不同速度下固有頻率變化，當某條根軌跡的自然阻尼值小于0時，說明系統(tǒng)已經(jīng)失穩(wěn)，一般會留安全余量，取自然阻尼值為 0.05；根據(jù)最小阻尼與車輛速度之間的關(guān)系，考慮到取 0.05 的安全余量，那么本車輛模型的線性臨界速度在370km/h 左右。

圖2　軌道車輛根軌跡圖

圖3　軌道施加的不平順激勵

圖4　輪對橫移量與速度關(guān)系曲線

根據(jù)輪對的橫線位移曲線是否發(fā)生了發(fā)散現(xiàn)象，判斷該型號車輛的非線性臨界速度。選取第1輪對的橫向振動位移作為車輛穩(wěn)定的判斷依據(jù)[4]，經(jīng)過SIMPACK運動仿真后的結(jié)果如圖4所示，橫坐標為軌道車輛的運行時間，縱坐標為其輪對的橫向振動位移。如果以輪對橫移量小于0.1mm，就認為收斂，那么本車輛模型的非線性臨界速度在310km/h左右。

4　小結(jié)

通過對軌道車輛的動力學(xué)模型進行仿真,獲得了該型號車輛線性和非線性臨界速度，為后續(xù)的車輛動態(tài)分析，提供了基本的數(shù)據(jù)與理論的支持。

參考文獻

[1]黃安寧.基于simpack的某型軌道車輛動態(tài)性能仿真研究[D].昆明理工大學(xué),2012.

[2]繆炳榮,羅仁,王哲 等.SIMPACK動力學(xué)分析高級教程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2010．

[3]翟婉明.車輛—軌道耦合動力學(xué)(第三版)[M].科學(xué)出版社,2006.

[4]周素霞,陶永忠,張志華,楊繼震.SIMPACK實例教程[M].北京聯(lián)合出版社,2013.