南京浦镇A型地铁车辆simpack动力学计算建模手册
南京浦镇A型地铁车辆动力学计算
SIMPACK建模记录
1创建文件
主窗口>>File>>Open File，弹出文件选择窗口。
选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。
主菜单>>Model Setup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。
2设置环境
2.1设置重力
建模窗口>>Globals>>Gravity，弹出重力设置窗口。
将重力设置为Z方向+9.81，OK。
2.2设置视图
建模窗口>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。
选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。
3创建第1个轮对
3.1创建轮对刚体
建模窗口>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
将Body1重命名为Wheelset1。
双击Wheelset1，弹出刚体参数设置窗口。
设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。
选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。
双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。
设置车轴外形参数，见上图，OK。
回到刚体外形设置窗口，OK。
回到刚体设置窗口，OK。
4创建轮对的运动副和轮轨接触
4.1创建轮对的运动副
>>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。
选择07号运动副，设置初始状态。
4.2创建轮轨接触
选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。
选择OK，回到运动副设置窗口。
点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。
模型文件名：Ametro_01。
5设置初始轨道
>>Globals>>Track，出现轨道设置窗口。
SIMPACK中，可以设置六种轨道形式：
（1）直线；
（2）圆曲线；
（3）直线+缓和曲线+圆曲线；
（4）直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线；
（5）两段方向曲线+直线；
（6）道岔；
5.1直线
【Toplogy】选择Straight Track，输入线路总长度，OK。
程序调试时，通常采用直线形式。
模型文件名：Ametro_02。
5.2曲线
曲线需要选择以下参数：
（1）缓和曲线超高类型（S形、直线形）；
（2）超高形式（中心线、内轨式）
曲线的设置包括以下参数：
（1）直线长度：
（2）缓和曲线长度；
（3）圆曲线半径；
（4）曲线超高；
（5）超高测量值（默认1.506m）；
（6）圆曲线长度；
（7）线路总长度；
6设置车辆总体参数
6.1车辆总体参数初步设置
>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。
设置轮对类型【Wheelsets of Type】：Wheelset1
设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s；
设置轨道参数模式【Rail gauge given by】：Track Gauge
设置左轮滚动圆半径：0.42m；
设置右轮滚动圆半径：0.42m；
设置车轮滚动圆横向间距之半：(1.353+2*0.07)/2=0.7465m；
设置轨距：1.435m；
设置轨距测量高度：0.014；
设置轨底坡：1/40；（如果没有轨底坡，则设为“0”）
设置左轮踏面外形：S1002；
设置左轨外形：UIC60；
设置右轮踏面外形：S1002；
设置右轨外形：UIC60；
设置轮轨接触模式：【single contact】，【constraint contact】，【Table eveluation】。
选择【Apply as Defaults】，Close，完成设置。
6.2保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配，如下图所示。
注意：由于SIMPACK没有undo功能，因此在每一步完成后请存盘，然后重新载入模型，或者另存为一新文件。
6.3轮轨接触几何关系检查
当对车轮踏面和轨头外形设置完成后，可检查轮轨接触几何关系。
点击【Check Profile/Tables】，出现轮轨接触几何关系检查设置窗口以及结果窗口。
6.4轮轨接触力计算设置
点击【Contact Force 】，出现轮轨接触力计算设置窗口。各选项说明如下： 蠕滑力计算理论：默认为Kalker 简化理论； 摩擦形式：默认为常数； 摩擦系数：默认取0.4；
车轮正压力小于等于零时： （1）终止计算；（2）垂向载荷变为零；
注意：以上选项的存在条件时轮轨运动副设置为07或09。 轮对抬高量时： （1） 不作处理；（2）跳起5mm 时终止计算；（3）爬起5mm 时终止计算。
6.5轮轨接触模式
6.5.1单点与多点接触
单点接触：一点接触
多点接触：最多三点接触——踏面、轮缘、轮背各一点。
6.5.2刚性与弹性接触
刚性接触：
（1）法向力等于约束力；
（2）避免高频振动，运算速度快；
（3）车轮只存在“假抬起”；
（4）可进行单点、多点接触计算。
弹性接触：
（1）用单侧弹簧和阻尼（18号元件）代替约束；
（2）法向力等于弹簧和阻尼合力；
（3）存在高频振动，计算速度慢；
（4）车轮可能抬起；
（5）仅适用于单点接触。
6.5.3轮轨接触模式的选择
（1）调试模型——单点刚性接触，不允许跳起；
（2）平稳性计算，线路激扰小——单点刚性接触，不允许跳起；
（3）平稳性计算，线路激扰大——单点刚性接触，允许跳起；
（4）脱轨安全性计算，大曲线——单点弹性接触，允许跳起；
（5）脱轨安全性计算，小曲线——多点刚性接触，允许跳起；
（6）曲线通过计算，可能出现大冲角——在线轮轨力计算；
模型文件名：Ametro_03。
7创建第2个轮对
7.1创建轮对刚体
>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
新建一个刚体，命名为Wheelset2，弹出参数设置窗口。
设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。
7.2创建轮对的运动副和轮轨接触
>>Elements>>Joints，出现运动副窗口（备注：每创建一个刚体时，系统自动在该刚体上创建一个运动副）。双击$J_Wheelset2，出现运动副设置窗口。
选择07号运动副，设置初始状态，S=2.5m（轴距）。
选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。
选择【Wheelset Type】与第1个轮对相同：WheelsetType_1，OK。
回到运动副设置窗口，点击【Assemble System】，OK。
7.3保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配。
7.4创建轮对的运动副和轮轨接触
由于轮对的类型与第1个轮对相同，因此不需要再设置参数。如果两个轮对的参数不同，
则需要设置该参数。
模型文件名：Ametro_04。
8创建构架
8.1创建构架刚体
>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
新建一个刚体，命名为frame1，弹出参数设置窗口。
设置构架的参数：动车构架的质量为3970kg，摇头转动惯量为4716kg.m.m（Izz），侧滚转动惯量为2058kg.m.m（Ixx），点头转动惯量为2936kg.m.m（Iyy）。
构架的质心为（0，0，-0.5），质心位置这样设置的好处是使得构架参考系的高度在轨面上，便于构架上其它Marker点的位置设置，这时在构架运动副中的高度不需要设置。
构架其它参数设置如下图所示。
8.2创建构架的外形
8.2.1构架的侧梁
选择【3D Geometry】，出现几何图形设置窗口。
重新名为Frame，选中进入图形设置窗口。
【Type】选择22：Wheel Rail Bogie。设置参数如上图，OK。
8.2.2构架的前横梁
在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travf，进入图形设置窗口。
【Type】选择01：Cubiod，设置参数如上图，OK。
8.2.3构架的后横梁
在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travb，进入图形设置窗口。
【Identify to】：travf，设置参数如上图，OK。
8.3创建轮对的运动副
>>Elements>>Joint，双击$J_Frame，出现运动副设置窗口。
【Joint type】选择07:General Wheel/Rail Joint。
设置初始状态，S=1.25m（转向架质心纵向坐标）。
注意：不要选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】。
8.4保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。
模型文件名：Ametro_05。
9创建一系悬挂
9.1创建轮对的Marks点
>>Elements>>Bodies，选择第1个轮对。
选择【Marks】，出现Mark点窗口。
新建轮对上Mark点，wheelset1_PS_L（0，-1，0）和wheelset1_PS_R（0，1，0）。注意：这里的坐标均为相对坐标，是相对刚性质心的坐标。
同样，创建第2个轮对Marks点，wheelset2_PS_L（0，-1，0）和wheelset2_PS_R（0，
simpack动力学建模、计算手册
建模、计算记录1创建文件 主窗口>>File>>OpenFile，弹出文件选择窗口。 选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。 主菜单>>ModelSetup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。 2 2.1 4 4.1创建轮对的运动副 >>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。 选择07号运动副，设置初始状态。 4.2创建轮轨接触 选择【Generate/UpdateWheel-RailElementsofJoint】，出现轮轨接触窗口。 选择OK，回到运动副设置窗口。 点击【AssembleSystem】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。 模型文件名：Ametro_01。
5设置初始轨道 >>Globals>>Track，出现轨道设置窗口。 SIMPACK中，可以设置六种轨道形式： （1）直线； （2）圆曲线； （3）直线+缓和曲线+圆曲线； （4）直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线； （5）两段方向曲线+直线； （6）道岔； 6 6.1 设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s； 设置轨道参数模式【Railgaugegivenby】：TrackGauge 设置左轮滚动圆半径：0.42m； 设置右轮滚动圆半径：0.42m； 设置车轮滚动圆横向间距之半：(1.353+2*0.07)/2=0.7465m； 设置轨距：1.435m； 设置轨距测量高度：0.014； 设置轨底坡：1/40；（如果没有轨底坡，则设为“0”） 设置左轮踏面外形：S1002； 设置左轨外形：UIC60；
车辆动力学相关的软件及特点
SIMPACK车辆动力学习仿真系统 SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司(于2009年正式更名为SIMPACK AG)开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。它以多体系统计算动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。SIMPACK软件的主要应用领域包括：汽车工业、铁路、航空/航天、国防工业、船舶、通用机械、发动机、生物运动与仿生等。 SIMPACK是机械系统运动学/动力学仿真分析软件。SIMPACK软件可以分析如：系统振动特性、受力、加速度，描述并预测复杂多体系统的运动学/动力学性能等。 SIMPACK的基本原理就是通过搭建CAD风格的模型（包括铰、力元素等）来建立机械系统的动力学方程，并通过先进的解算器来获取系统的动力学响应。 SIMPACK软件可以用来仿真任何虚拟的机械/机电系统，从仅仅只有几个自由度的简单系统到诸如一个庞大的火车。SIMPACK软件可以应用在我们产品设计、研发或优化的任何阶段。 SIMPACK软件独具有的全代码输出功能可以将我们的模型输出成Fortran或C代码，从而可以实现与任意仿真软件的联合。 车辆动力学仿真carsim CarSim是专门针对车辆动力学的仿真软件，CarSim模型在计算机上运行的速度比实时快3-6倍，可以仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，同时被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。CarSim可以方便灵活的定义试验环境和试验过程，详细的定义整车各系统的特性参数和特性文件。 CarSim软件的主要功能如下: 适用于以下车型的建模仿真:轿车、轻型货车、轻型多用途运输车及SUV; 可分析车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性及平顺性; 可以通过软件如MATLAB，Excel等进行绘图和分析; 可以图形曲线及三维动画形式观察仿真的结果;包括图形化数据管理界面，车辆模型求解器，绘图工具，三维动画回放工具，功率谱分析模块;程序稳定可靠;
南京地铁2号线列车牵引脉冲使能故障分析与改进
南京地铁2号线列车牵引脉冲使能故障分析与改进 摘要：简要介绍南京地铁2号线列车牵引系统的组成和功能。结合实例，对多次发生的牵引使能信号丢失故障深入分析，提出技术改进措施，并在运营服务列车运用。 关键词：地铁车辆；牵引；脉冲使能；故障；技术改进措施 引言 南京地铁2号线采用中国南车集团南京浦镇车辆厂与法国ALSTOM公司（浦阿联合体）合作生产的A型地铁车辆。列车采用6节编组，方式为-A * B * C = C1 * B * A-。其中，A车是带驾驶室的拖车，B车是带受电弓的动车，C、C1车是动车。动车的牵引系统由法国ALSTOM公司设计和制造。自2010年5月28日开通运营以来，发生多起牵引脉冲使能信号丢失而推牵引无位移的严重故障，导致换车出库及正线运营列车晚点、抽线、下线、清客甚至救援。本文结合牵引系统的组成和功能，深入分析故障的根本原因，并提出可靠的改进对策。 牵引系统的组成和功能 牵引系统由3个主要部分组成：使用IGBT功率模块的OCU ONIX逆变单元，AGATE微处理器控制电子设备（即牵引控制电子PCE）和ONIX 交流电机。经过特殊设计将3个部分组合在一起，以达到最大的牵引效率。每节动车有一个牵引逆变器，安装在车底。每个逆变器都受PCE控制，并且驱动安装在转向架的4个交流电机。 南京地铁2号线列车的驾驶模式包括列车自动驾驶模式ATO、手动模式CM、限速向前模式RMF、洗车模式WM和限速向后模式RMF。根据所选驾驶模式的不同，牵引力和制动力需求可以由司机通过主控制器或ATC来控制。在各种驾驶模式下，动力需求都是由需要通过MVB网络传送到各PCE的TCMS来处理的。手动模式下，TCMS将持续监控编码器输出端的PWM信号，并在检测到经由MVB和PWM的动力需求间有所不同（超出10%）时，立即产生错误信号。在救援配置（RMS开关）中，动力需求由编码器来处理。编码器需要通过PWM 列车线路传输到PCE。 牵引脉冲使能回路 牵引脉冲使能回路由脉冲使能断路器（PECB）、司机室激活继电器3（COR3）触点、牵引授权继电器（MAR）、紧急制动接触器（EBK）辅助触点、零速继电器（ZVR1、ZVR2）等组成。 牵引脉冲使能回路的功能和作用是将司机室激活、紧急制动缓解、牵引授权、零速信号有效等信息组合和传递给动车的牵引控制电子PCE。PCE获得脉冲使能信号以后，才能根据列车控制监控系统（TCMS）或者自动列车驾驶系统（ATC）
地铁车辆关键技术现状分析
地铁车辆关键技术现状分析 摘要：近年来，我国吸收欧盟与日本的先进经验，对地铁车辆采用简统化、 模块化、标准化的设计理念，自主开发了时速80 km A/B 型车与时速120 km A/B 型车4种标准化地铁车体，并形成了标准化地铁车体设计目标与技术指标。 且依托标准化地铁的技术平台，我国后续对车体的结构优化、工艺改进、试验验证、检修运维、回收再利用等核心技术的研究将事半功倍。下面本文就地铁车 辆关键技术现状进行简要分析。 关键词：地铁车辆；设计；关键技术； 1地铁车辆组成 掌握车辆组成和分布情况是轻量化设计的必要条件。地铁车辆主要由车体、 转向架、牵引系统、制动系统、车端连接系统、给水卫生系统、空调系统等组成。图１给出了相同速度等级的Ａ型、Ｂ型地铁车辆各系统质量占比情况，图中的其 他是指车组的连接电缆、螺栓、管路、支架等附属设施。Ａ型地铁车辆总质量为438.9ｔ，Ｂ型地铁车辆总质量为455.2ｔ，二者总质量相差16.3ｔ。不同型号 车组总质量相差较大，但各系统的质量占比趋势基本相同。值得注意的是，由于 螺栓、管路等附属设施统计方法不同，导致其他部分的质量占比略有差异。根据 车组各系统质量情况，可以将其分为主承载结构、大型设备设施、非承载结构及 次承载结构。主承载结构主要包括车体和转向架，总质量占比超过了40％。其中，转向架质量占比分别为21.8％和24.3％；车体质量占比分别为20.5％和18.7％。通过采用轻量化材料和优化结构，可以有效降低主承载结构的质量。大型设备设 施主要涉及牵引系统、车上设施和制动系统，质量占比超过了20％。通过采用新 技术术可以实现大型设备设施的集成化、小型化和轻量化。非承载结构、次承载 结构主要有设备舱、座椅和空调系统等，质量占比一般不超过15％。非承载结构、次承载结构的轻量化技术相对比较成熟，并且已取得了良好的减重效果。为了实 现更高水平的轻量化，针对车体、转向架等大质量、大体积的主承载结构以及大 型关键设备设施的轻量化研究，将是新一代车辆轻量化研究的重点和难点。
地铁动车组动力学性能分析
地铁动车组动力学性能分析 基于某型地铁动车组动力学参数，建立SIMPACK车辆动力学模型，分析了车辆的稳定性、平稳性、脱轨系数、轮重减载率4项动力学指标，并根据铁道机车车辆动力学性能评定标准和规范对该轨道车动力学性能作了全面、综合评估。研究结果表明：该轨道车辆非线性临界速度较高，具有较大的稳定性裕度；横向、垂向平稳性指标均达到标准的优级要求；动态曲线通过安全性指标能够满足安全行车要求。 标签：地铁动车组；动力学性能；动力学计算 地铁车辆运行的平稳性、稳定性和曲线通过性等是评价车辆运行状态的重要动力学指标[1]。通过动力学软件仿真计算可以评定车辆的动力学指标，指导地铁车辆动车组的设计和生产。 1 车辆动力学模型 车辆在实际运营过程中具有大量的非线性因素，其动力学计算需要借助于计算机的批量处理和专业车辆动力学处理软件。SIMPACK的Wheel/Rail（轮轨）模块是目前世界上著名的、功能最强大的车辆系统动力学分析的数值仿真软件之一[2]。基于车辆动车组动力学参数，利用SIMPACK软件建立了地铁动车组模型。本文车辆模型包括轮对、一系悬挂（轴箱和一系减振）、二系悬挂整（空簧、垂向和横向减振器、抗侧滚扭杆、牵引拉杆）、车体。轮轨接触部分，车轮踏面采用S1002，钢轨轨头型面为UIC60。 2 铁道车辆动力学评价标准 2.1 临界速度 在轮轨间蠕滑力的作用下，车辆运行到达某一临界速度时会产生失稳的自激振动即蛇形运动。高速时的蛇形运动表现为轮对和转向架的激烈的横向振动，它威胁到运行安全。为此，要求车辆蛇形运动的临界速度Vc要远高于其运行速度，以保证有足够的速度裕量[3]。 2.2 Sperling平稳性指标 乘客的舒适度感受也是评价车辆动力学性能的一个主要方面。国际是常用的评价标准是车辆平稳性指标。GB/T5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中对平稳性评定等级的界限。 2.3 曲线通过性指标 2.3.1 脱轨系数
基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响
基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响 姚永明;李国芳;丁旺才 【摘要】为了研究车轮磨耗对高速列车动力学性能的影响,建立了车辆动力学和车轮磨耗耦合模型.考虑车辆通过一条由直线和曲线组成的典型线路工况,采用Non-elliptic模型计算轮轨接触斑上的车轮磨耗量,以累积车轮型面磨耗量及更新型面外形.采用Archard磨耗模型研究车轮面磨耗的分布与发展,以车轮踏面磨耗深度达到0.1 mm为型面更新的条件进入下一个磨耗循环的计算.最后加载磨耗后的车轮型面,研究磨耗对车辆系统通过曲线线路时的动力学性能的影响.%To study the effects of wheel wear on high-speed train dynamics performance,a multi-body system dynamics and vehicle wear wheel coupling model was established.The vehicles were con-sidered through a typical line conditions consisting of straight lines and curves.Non-elliptic model was used to calculate the amounts of wear on the wheels,the amounts of wear of the wheel profile cumula-tions and then the profile shapes were https://www.360docs.net/doc/af19219797.html,ing Archard wear model,wheel tread wear depth of 0.1 mm was considered for profile update conditions,and then the next calculation cycle wear began. Finally,wear wheel profiles were loaded to study the effects of wear on the dynamics performance of the vehicle systems through the curves. 【期刊名称】《中国机械工程》 【年(卷),期】2017(028)019 【总页数】8页(P2311-2317,2324)
高速动车转向架动力学性能SIMPACK仿真建模与分析
高速动车转向架动力学性能SIMPACK仿真建模与分析 张孟;张轮;罗意平;董德存 【摘要】针对高速动车转向架动力学性能的影响因素缺乏综合分析,提出一种基于SIMPACK的高速动车转向架动力学性能仿真建模与分析方法.以高速动车安全舒适运行需求为目标,根据高速试验列车客车强度及动力学性能规范,构建高速动车转向架动力学性能评定的指标,并研究基于SIMPACK的转向架动力学性能仿真评价及其实现流程.以CRH2型动车组为例,建立其转向架及车体的动力学仿真模型,具体分析四类车轮踏面类型和五类一系及二系悬挂系统等主要影响因素,提取CRH2型高速动车稳定及平稳运行的重要特征参数,为高速动车组转向架的动力学设计及优化提供支持. 【期刊名称】《城市轨道交通研究》 【年(卷),期】2015(018)010 【总页数】6页(P36-41) 【关键词】高速动车;转向架;动力学性能;评定指标;SIMPACK仿真 【作者】张孟;张轮;罗意平;董德存 【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,201804,上海;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,201804,上海;中南大学交通运输工程学 院,410075,长沙;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,201804,上海 【正文语种】中文 【中图分类】U260.331;U266.2
转向架直接承载车体自重和载重，引导车辆沿轨道运行同时保证车辆顺利通过曲线，是高速动车最重要的部件之一，其动力学性能的好坏直接决定了高速列车运行的稳定性、平稳性和安全性。在未来5～10年内，我国高铁将达 1.8 万 km，国内市 场对高速动车的需求量巨大。掌握高速动车组转向架的动力学性能分析方法和重要特征参数分布特性，已成为高速动车行业关键装备制造、转向架动力学设计优化及运营服务升级中亟待解决的问题。 国内外对铁道车辆转向架动力学性能分析的研究主要分为两类，其分别基于数值计算或计算机仿真对转向架动力学性能进行评估。文献［1］采用动力学仿真分析和线路动力学试验相结合的方法，研究一系橡胶垫定位刚度对转K6 型转向架运动稳定性的影响。文献［2］通过线性分析的方法研究了一系、二系垂向减振器的各参数对车体的频率响应和垂向平稳性的影响。文献［3］采用SIMPACK 建立了6 轴机车动力学模型，比较了单拉杆和双拉杆轴箱定位方式对机车非线性稳定性、直线运行性能和曲线通过性能的影响。文献［4］利用ADAMS 建立CRH5 型动车组 的转向架及整车的动力学仿真模型，重点分析不同轮轨匹配参数及轮对定位方式对整车动力学性能的影响。文献［5］研究了高速轨道车辆采用一系纵向主动控制时的抗蛇形稳定性，着重分析了一系悬挂参数对车辆动力学性能的影响。众多学者对铁道车辆的动力学性能进行了分析研究，但面向高速列车动力学性能的研究相对较少。受限于传统动力学微分方程的求解难度，采用多体动力学分析软件等进行可视化、模块化的计算机仿真建模在高速动车动力学分析中快速发展，但是已有的仿真研究多数只分析应用案例的某方面具体影响因素，缺乏系统性的综合分析。 为掌握高速动车组拖车转向架设计的重要特征参数，科学评估其动力学性能水平，提出高速动车转向架动力学性能的SIMPACK 仿真建模与分析方法。该方法依托 铁道车辆动力学性能评定方法，立足高速动车运行稳定性和平稳性，提出高速动车
地铁车辆车轮磨耗仿真研究
地铁车辆车轮磨耗仿真研究 丁军君;黄运华;李芾 【摘要】在SIMPACK软件中建立地铁车辆动力学模型,基于FASTSIM算法和Braghin踏面磨耗模型,分析弹性滑动速度对磨耗的影响,并对车辆在直线、曲线和实际线路上运行时的车轮磨耗过程进行仿真.研究结果表明:磨耗计算中采用弹性滑动速度时结果更准确；车辆在直线上运行时,车轮磨耗分布在-30～35 mm范围内,没有轮缘磨耗发生；车辆在曲线上运行时,车轮磨耗分布在-50～40 mm范围内,踏面和轮缘同时出现磨耗,其磨耗速度远大于直线上的磨耗速度；车辆在国内某地铁线路上运行时,车轮磨耗主要分布在-50～40 mm范围内,以轮缘磨耗为主,轮缘和踏面上的磨耗速度均随着运营里程的增加而变慢,轮缘厚度随运行里程的增加线性减小. 【期刊名称】《城市轨道交通研究》 【年(卷),期】2013(016)010 【总页数】5页(P73-77) 【关键词】地铁车辆;车轮磨耗;仿真 【作者】丁军君;黄运华;李芾 【作者单位】西南交通大学机械工程学院,610031,成都;西南交通大学土木工程博士后流动站,610031,成都;西南交通大学机械工程学院,610031,成都;西南交通大学机械工程学院,610031,成都 【正文语种】中文
【中图分类】U260.331+.1 车轮磨耗是影响地铁运输安全性和经济性的重要因素。车轮磨耗后，车辆平稳性变差，临界速度下降。同时，由于车轮镟修等原因将造成运营成本增加。目前，国内对地铁车辆车轮磨耗的研究集中在车轮踏面的异常磨耗上［1－5］;而车轮磨耗仿 真研究始于上世纪90年代，且主要集中在重载货车和高速列车上［6－7］，尚未应用于地铁车辆。本文对地铁车辆的车轮磨耗行为进行研究，通过建立地铁车辆系统动力学模型，结合轮轨滚动接触理论和车轮磨耗模型，对车轮磨耗过程进行仿真，得到车轮磨耗后的踏面形状和磨耗分布，为地铁车辆车轮磨耗问题的研究提供一定的参考依据。 1 车轮踏面磨耗模型 Braghin在BU 300全尺寸试验台上对轮轨磨耗进行试验，并根据试验结果建立了车轮踏面磨耗数值模型［8］。在该模型中，将接触斑分为黏着区Aa和滑动区As，而磨耗只发生在滑动区内，如图1所示。 图1 接触斑内黏滑区分布示意图 接触斑内单元格(i，j)处的磨耗深度为［8］: 式中: Δh——磨耗深度; vv——车辆运行速度; Δt——车轮通过该单元格的时间; ρ——车轮材料密度; kB——磨耗率。 kB与 T(i，j)·γ(i，j)/A(i，j)的值有关(见表1)。其中 T(i，j)为单元格(i，j)内的蠕滑
运用SIMPACK软件仿真的动力学分析
运用SIMPACK软件仿真的动力学分析 寇丽君 【摘要】SIMPACK软件在铁路行业,国内外应用非常广泛,不仅可以对客车(包含动车组)、货车、机车等车辆进行仿真模拟,而且可对受电弓、线路、轮轨磨耗、车轮扁疤、弹性扣件等进行模拟.本文先建立Rail PAir和TrackPair建立轮对模型,并对铁路铰接、轮轨关系、线路、轨道不平顺等进行介绍;然后建立客车模型,分析车辆的振动特性,得到具有良好动态特性的车辆. 【期刊名称】《南方农机》 【年(卷),期】2018(049)023 【总页数】1页(P136) 【关键词】SIMPACK软件;仿真模拟;振动特性;动态分析 【作者】寇丽君 【作者单位】吉林铁道职业技术学院,吉林吉林132200 【正文语种】中文 【中图分类】TP391.7 1 SIMPACK动力学软件介绍 铁路车辆常用动力学仿真的软件有两类：专用软件、通用软件[1]。专用软件是针对某一类车辆编制的，特点是一种专用软件只适用于一种车辆，只需向软件输入车辆的参数数据就能得出所需结果，针对性强，使用方便。通用软件，有数据库，使
用者在数据库中选择所需模型和文件，建立各种高速列车的力学模型，然后根据相关数据进行计算求解。 SIMPACK在铁道机车车辆应用十分广泛，可以对机械系统运动学、动力学进行仿真分析，其轮轨模块应用最为广泛，占有了国外市场的60%份额。铁道车辆整车 的系统振动特性、各个零部件的受力情况、位移等等都可以由SIMPACK分析模拟。并且，SIMPACK还具有与ANSYS、CAD、以及CACE控制等软件进行接口。此外，该软件还可利用所测数据进行模态分析、频域分析和谱分析等[2]。研究人员 使用该软件可快速建立动力学模型，随即自动形成力学方程，并得到系统的动态特性或频域特性。该软件采用先进的相对坐标系建模，求解迅速，当模型的零件增多时，优势尤为明显，且采用核心递归算法保证了求解的稳定性和可靠性[3]。 2 建立整车动力学分析模型 根据已有车辆载荷参数和结构尺寸参数以及铁路相关技术标准进行建模，按照轮对→轨道接触→转向架→整车模型的次序建立高速列车动力学模型模型。 2.1 建立轮对模型 选择Rail-Wheelset模板，建立轮对模型，车轮名义滚动圆半径R=0.43m。 2.2 设置轮轨接触 其中轮轨接触方法采用等效弹性法，轮轨离散步数280，赫兹方法计算法向力， 最后设置车轮踏面、轨道踏面、轮轨位置等其它建立轮对和轨道的关系。 2.3 建立转向架 转向架是整车的子结构，在转向架模型中前后轮对参数完全形同，所以，把轮对模型做为转向架模型的子结构来处理。 2.4 创建整车模型 在铁路机车车辆中，客车和机车的转向架一般是构架式结构的，由轮对、轴箱、构架、车体、一系弹簧悬挂装置和二系弹簧悬挂装置组成[4]，因此，这两种转向架
组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响
组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响 蒋益平; 池茂儒; 周橙; 朱海燕 【期刊名称】《《润滑与密封》》 【年(卷),期】2019(044)010 【总页数】6页(P115-120) 【关键词】轮径差; 地铁车辆; 动力学性能; 磨耗功率 【作者】蒋益平; 池茂儒; 周橙; 朱海燕 【作者单位】华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013; 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 【正文语种】中文 【中图分类】U271 由于车轮加工制造水平和精度的限制以及实际运行中轮轨摩擦磨耗的影响，铁道车辆各车轮的轮径不可避免地会存在一定程度的差异。而存在轮径差的轮对在运行过程中，为了保持左右车轮滚动圆半径相等，就会不可避免地向轮径较小的一侧产生横向移动，从而产生轮对横移，偏离轨道中心线，改变轮轨接触几何关系，进而会对车辆运行的稳定性和安全性等产生一定的影响[1-2]。此外，对于铁道车辆动力车辆，轮径差还容易引起由同一台牵引逆变器供电的并联电机的负荷分布不均，导致个别电机严重过载，从而使得动车产生空转或滑行现象[1-3]。 鉴于轮径差对铁道车辆的重要影响，相关专家对其开展了大量研究。池茂儒等[1]
根据轮径差的大小将轮径差对车辆系统稳定性的影响划分为易稳定区、欠稳定区和亚稳定区，并分析了不同稳定区域内磨耗功率与动力学性能规律。池茂儒等[2]还 研究了轮径差对安全性的影响趋势，并对比了转向架前后轮对同相轮径差与反相轮径差的影响程度。李润华等[4]对高速列车转向架中存在的初始轮径差进行了动力 学仿真，并依据仿真结果研究了初始轮径差的限度制定标准。谷学思[5]分析了轮 径差对高速动车组曲线通过性能的影响。李艳等人[6]针对实际运营线路中的某动 车组,定期对车轮外形和轮径进行测量,研究分析踏面磨耗和轮径差变化对车辆运动 稳定性和运行平稳性的影响趋势。 张志超等[7]基于正交试验方法基本思想，分析了六轴电力机车各轴之间的轮径差 对曲线通过的影响。姚治锋和王勇[8]研究了轮对等值同相轮径差和等值反相轮径 差对车辆临界速度的影响。韩鹏等人[9]对某高速线路服役动车组轮对型面进行跟 踪测试,分析了磨耗型踏面与轮径差对滚动半径差函数形状与位置变化以及对动力 学性能的影响规律。王晨等人[10]分析了不同轮径差值对地铁车辆磨耗的影响。 黄照伟等[11]分析了轮径差对轮对等效锥度的影响及对直线运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能的影响。刘思莹等[12]建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型，分析了同轴轮径差对机车运行性能的影响。魏静和罗赟[13]研究了不同分布形式轮径差对某C0-C0三轴径向转向架机车曲线通过性能的影响。马卫华等[14]建立了某八轴重载机车牵引C80型运煤专用敞车列车模型，分析了 机车在惰行和电制动工况下，轮径差对轮轨相互作用的影响。张云飞和李军[15]分析了不同轮径差形式对轨道客车在山区小半径曲线通过性能的影响。陈嵘等人[16]分析了高速车辆存在不同类型和幅值轮径差时通过道岔的稳定性、安全性和平稳性。以上研究主要集中在对同一轴或同一转向架各轴左右两侧车轮存在轮径差时对机车性能的影响，而关于多种轮径差组合时对机车车辆动力学性能的研究还较少。而地铁车辆由于运行环境特殊，曲线半径普遍较小，且运行频繁，因此地铁车辆轮对很
地铁线路超高对轮轨磨耗的影响
地铁线路超高对轮轨磨耗的影响 周素霞;薛蕊 【摘要】为了减轻地铁车辆在圆曲线区段运行所造成的轮轨磨耗,提高车辆运行的安全性与舒适性,基于车辆动力学理论,通过动力学软件SIMPACK建立轮轨关系模型,针对列车通过圆曲线时过超高、正常超高和欠超高三种工况进行研究.分析了三种工况下,轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、磨耗功率、磨耗指数、轮重减载率和倾覆系数7个动力学参数在列车运行中的变化规律,并深入分析磨耗指数和磨耗功率与车辆实际通过时产生超高的变化规律,得出超高变化与磨耗指数成负相关,与磨耗功率成正相关,且列车通过圆曲线时应尽量降低速度,在条件不允许时,应采用尽量小的欠超高. 【期刊名称】《北京交通大学学报》 【年(卷),期】2015(039)001 【总页数】7页(P101-107) 【关键词】车辆动力学;欠超高;过超高;地铁轮轨磨耗;仿真 【作者】周素霞;薛蕊 【作者单位】北京建筑大学机电与车辆工程学院,北京100044;北京建筑大学机电与车辆工程学院,北京100044 【正文语种】中文 【中图分类】U213.1;U270.1
从铁路诞生之日起，钢轨磨耗问题随之产生，且频繁出现在不同类型的轨道交通中［1］.钢轨磨耗包括垂直磨耗、轨头侧面磨耗和波浪形磨耗［2］.垂直磨耗与轮轨之间的垂直力、蠕滑及摩擦等因素有关.轨头侧面磨耗主要发生在曲线轨道的外轨，产生的主要原因是机车车辆通过曲线时，作用在外轨轨头内侧的轮缘力和轮轨冲击角.而轮缘力和轮轨冲击角与机车车辆的动力性能、转向架固定轴距、曲线半径、 轨道动力学性能、轨道几何参数设置等因素有关.波浪型磨耗是指钢轨投入运行后 在其表面上出现的周期性磨损和塑性变形，这种磨耗发生和发展规律的机理相当复杂，是制约铁路发展的重要因素.城市轨道交通其轨道设备同铁路一样，线路曲线 是轨道设备的薄弱环节之一，铁路线路曲线在线路设计中必不可少.由于城市轨道 交通途径城市中心，穿越建筑群，线路曲线的小半径曲线特别多.为平衡列车行驶 在线路曲线上产生的离心力，在该曲线上设置超高，并借助车辆重力的水平分力抵消离心力，达到内外两股钢轨受力均匀、垂直磨耗相等，减小离心加速度，增加乘客旅行舒适感，提高线路稳定性和行车安全. 由于在线路设计完成后，曲线超高不能随意改变，在车速发生变化、曲线超高不变的情况下，不可避免产生未被平衡的横向加速度.欠超高和过超高是未被平衡的离 心加速度和向心加速度的另一种表示方法. 国内外已有学者对欠超高与过超高进行了研究.Jibiciok［3］指出，外轨超高越大，曲线外轨轨头的侧向作用力越大，其可能是导致曲线上车辆脱轨和钢轨与轮缘磨耗的原因.Moron［4］通过分析欠超高产生的离心力，系统介绍了近30年国外摆式列车在抵抗离心力起到的作用.余春华等［5-6］对城轨交通曲线未被平衡离心加速度的容许值进行了探讨，从规范及国内外案例出发，给出了过超高与欠超高容许值的建议值.在超高与动力学结合方面，李亨利等［7］研究了欠超高与轮对冲角的线性关系，分析了4种不同的货车转向架，通过计算得出轮轨横向力随欠超高的增 加而近似成线性增加，且不同转向架其值不同.喻涛［8］通过建立钢轨-扣件-轨枕
深圳地铁6号线工程车辆总体设计
深圳地铁6号线工程车辆总体设计 摘要：介绍自主研制的100km/h速度等级铝合金A型鼓型地铁车辆，车辆正 线采用DC 1500V第三轨受流，车辆段内采用DC 1500V受电弓受流，车辆采用无 触点控制逻辑LCU系统。内容包括总体技术性能、主要机械部件性能及主要电气 系统的基本特点。 关键词：100km/h；铝合金A型地铁；鼓型车型；受电弓受流器双受流方式；LCU。 Overall design of Shenzhen Metro line 6 vehicle Zhang kai Wei ruixia (CRRC NANJING PUZHEN CO., LTD., Jiangsu Nanjing 210031, china) Abstract: The document introduces a 100km/h aluminum alloy A-type metro vehicle which developed independently. The mainline of the vehicle adopts DC 1500V third rail to receive current, and the vehicle uses non-contact control logic LCU system. The content includes the overall technical performance, the performance of main mechanical components and the basic characteristics of the main electrical system. Key words: 100km/h; aluminum alloy A-type metro vehicle; drum-type vehicle; pantograph and third rail dual current receiving mode; LCU system. 1、概述
南京地铁电客车轮缘综合值(qR)测量问题初析
南京地铁电客车轮缘综合值(qR)测量问题 初析 南京地铁电客车轮缘综合值(qR)测量问题初析 吴井冰 摘要：介绍了南京地铁电客车轮对检修规程，重点分析了车轮轮缘外形尺寸对车辆运行性能的影响。 对比分析了用于检查车轮爬轨脱轨安全性的两种指标——轮缘综合值qR与垂直磨耗。最后对南京地铁在qR测试方面存在的问题进行了初步的探讨。 关键词：轮对检修，轮缘磨耗，轮缘综合值qR，垂直磨耗 1 概述 轮对承担着车辆的全部重量，车辆在钢轨上高速运行时轮对承受着从车体与钢轨两方面传递来的各种静、动作用力，受力复杂，它是影响车辆运用安全的关键部位。南京地铁电客车的正常维修按照技术规程对车辆尤其是走行部分的各类部件及尺寸进行全面检查测量。对轮对各类尺寸，如轮对内侧距、轮径尺寸、轮缘高度、轮缘厚度、轮缘综合值、轮径差等测量的技术标准如表1所示： 表1 轮对检修技术标准
轮对内侧距L 轮径尺寸D 轮缘高度Sh 轮缘厚度Sd 轮缘综合值qR 轮径差 1353mm770mm 26mm 2 轮缘磨耗与车辆脱轨安全性 轮缘磨耗形式 车辆在正常的工作条件下，轮缘的磨耗并不严重，轮缘只在车辆通过曲线和道岔时，才因承受水平力的作用，与外轨内侧面摩擦而产生磨耗。在直线区段，轮对蛇行前进，轮缘磨耗并不大。如果轮对踏面磨耗严重或转向架组装不正，使轮对与钢轨间的相对位置不正常，则轮对易偏于线路一侧，使轮缘生产偏磨。 轮缘磨耗有以下三种形式：即轮缘厚度减小、轮缘顶部形成锋芒及轮缘垂向磨耗。轮缘磨耗过甚时， 1 会产生如下不良后果： 轮缘厚度磨耗变薄后，强度下降，当轮对通过曲线或作蛇行运动时，轮缘在来自钢轨水力的作用下，会导致崩裂缺损，甚至会造成行车事故。同时，车轮与钢轨的安全搭载量是根据轨距和车轮内侧距以及轮缘厚度等因素而定的，如果轮对的一侧车轮轮缘磨损过薄，则会影响一侧车轮与钢轨的安全搭载量。 轮缘形成锋芒后，在轮对通过道岔时，可能挤开尖轨而造成脱轨事故，所以轮缘磨损成锋芒时，必须更换轮对。
simpack动力学计算步骤要点
Simpack动力学计算步骤 在机车动力学计算中，主要包括稳定性，平稳性以及曲线通过性的计算。在这些计算过程里，除了开始的建模过程外，后续过程的计算和数据处理也是很重要的。在每个计算中都有不同的输入和输出，在这里就简单进行总结一下：一稳定性计算 在稳定性计算里，包括准线性临界速度（根轨迹计算）和非线性临界速度这两大类计算。 1线性稳定性根轨迹计算是属于频域计算的范围，根轨迹曲线是机车系统在不同速度下所有特征根的结果，其横坐标为自然阻尼（特征根实部），纵坐标为相应模态的振动频率（特征根虚部）。根轨迹曲线中，随机车运行速度变化的振动模态决定了机车系统的稳定性。理论上，当系统的所有特征根实部全为负值时，系统的运动是稳定的。实际上，在机车车辆应用领域，以自然阻尼不大于-5％作为判断条件。与运行速度无关的振动模态是机车系统中各刚体的振动模态，它所对应的频率即是机车系统的固有振动频率。 1.1在进行根轨迹计算前，要把模型拷贝，重命名，单独进行。 运行simpack，打开文件：单击按钮，弹出如图1.1对话框；在Actual Path 里面输入模型所在根目录路径，在Directory里双击模型所在文件夹，然后在Models里右键单击模型，在右键菜单里选择Copy Model，再右键选择Paste Model，粘贴模型，弹出如图1.2对话框，选择New Name，键入新的文件名；在Model对话框里选择新拷贝的文件，单击OK，完成文件拷贝。单击前处理器 按钮，打开模型。 图 1.1 图1.2 1.2将模型进行等效线性化，在前处理器中单击Globals/vehicle global,在弹
地铁车辆轮轨型面匹配分析
地铁车辆轮轨型面匹配分析 张剑;宋慧玲;王生武;金学松 【摘要】To investigate the characteristics of metro vehicle normally used LM wheel profile,and SI002 wheel profiles with wheelset back-to-back distance 1 358 mm and 1 360 mm matching with 60 kg/m rail, wheel/rail contact geometry, non-Herzian rolling contact and vehicle track coupled dynamics simulations are carried out. Wheel/rail contact points are evenly distributed on LM wheel and rail profile, and the wheelset equivalent co-nicity is increased with increasing wheelset lateral displacement. The wheel/rail contact patch is small with the highest maximum equivalent contact stress, but the contact patch frictional work is the lowest. For the two matching of S1002 profiles,the wheel/rail contact points jumps on the wheel/rail profiles,and the wheelset equivalent conicity is not increased with increasing wheelset lateral displacement, and when the wheel/rail contact patch is big,the maximum equivalent contact stress is low with high contact patch frictional work. Vehicle track coupled dynamic analysis shows that the three matchings possesse nearly the same vehicle critical velocity, but the LM profile exhibits a little better curving performance than the others,whi dicates that the LM profile has preferable contact status with the 60 kg ,mil profile.%为了分析地铁车辆常用的LM型踏面、内侧距1 358 mm和1 360 mm的S1002型车轮踏面分别与60 kg/m钢轨匹配特性.进行了轮轨接触几何、非赫兹滚动接触、车辆轨道耦合动力学计算.轮轨接触分析表明,LM轮轨接触点能够均匀分布于钢轨型面,轮对等效锥度随轮对横移呈增大关
simpack动力学建模、计算手册
建模、计算记录 1创建文件 主窗口>>File>>Open File，弹出文件选择窗口。 选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。 主菜单>>Model Setup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。 2设置环境 2.1设置重力 建模窗口>>Globals>>Gravity，弹出重力设置窗口。 将重力设置为Z方向+9.81，OK。 2.2设置视图 建模窗口>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。 选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。 3创建第1个轮对 3.1创建轮对刚体 建模窗口>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。 将Body1重命名为Wheelset1。 双击Wheelset1，弹出刚体参数设置窗口。 设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。 3.2创建轮对的外形 选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。 双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。 设置车轴外形参数，见上图，OK。 回到刚体外形设置窗口，OK。 回到刚体设置窗口，OK。 4创建轮对的运动副和轮轨接触 4.1创建轮对的运动副 >>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。 选择07号运动副，设置初始状态。 4.2创建轮轨接触 选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。 选择OK，回到运动副设置窗口。 点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。