一系垂向悬挂对重载货车轮轨动力作用的影响
某型轨道车辆悬挂系统动力学建模与优化设计
某型轨道车辆悬挂系统动力学建模与优化设计随着城市轨道交通的不断发展，轨道车辆已经成为人们出行的主要方式之一。
而在轨道车辆的设计中，悬挂系统的作用尤为重要。
悬挂系统不仅能够保护乘客的安全，还能够提高车辆的运行效率。
因此，对悬挂系统的动力学建模与优化设计成为轨道车辆设计中的重要课题。
一、动力学建模悬挂系统是轨道车辆中最为复杂的系统之一。
它由车体、车轮、弹簧、减震器等组成，能够有效地减小车体与轮轨之间的震动。
在进行动力学建模时，需要考虑到这些组成部分之间的相互作用。
1.车体运动方程车体的运动方程是悬挂系统动力学建模的基础，它是控制车体运动的核心。
车体的运动方程可以分为纵向运动和横向运动两个方面。
在纵向运动中，车体受到曲径半径变化和斜坡高度变化的影响。
在横向运动中，车体受到曲线曲率和横向加速度的影响。
2.车轮运动方程车轮的运动方程也是悬挂系统动力学建模中的重要组成部分。
车轮的运动受到车体和轮轨之间的摩擦力，以及摩擦力方向的变化等因素的影响。
对车轮的运动方程的建立能够更加准确地反映车辆的行驶状态。
3.弹簧和减震器运动方程弹簧和减震器是悬挂系统中的核心部件，对于车辆的悬挂效果具有至关重要的影响。
在建立弹簧和减震器的运动方程时，需要考虑到它们吸收和释放能量的过程，以及它们与车体、车轮之间的相互作用。
二、优化设计悬挂系统的优化设计是悬挂系统动力学建模的重要应用之一。
通过对悬挂系统的结构和材料等参数进行优化，可以达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、降低车辆维护成本等目的。
1.结构优化结构优化是悬挂系统优化设计的核心，它能够通过对悬挂系统的结构进行合理化设计，达到减小车辆震动、降低车辆噪音、提高车辆安全性、降低车辆维护成本等目的。
在进行结构优化时，需要考虑到悬挂系统的材料、强度、刚度和减震器的特性等因素。
2.材料优化材料优化是悬挂系统优化设计的重要组成部分，它能够通过优化悬挂系统的材料选择，达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、延长车辆使用寿命等目的。
汽车底盘悬挂系统的垂向动态性能改进
汽车底盘悬挂系统的垂向动态性能改进随着现代汽车科技的不断进步，汽车底盘悬挂系统的垂向动态性能改进已成为汽车工程领域的研究热点。
底盘悬挂系统是汽车的核心部件之一，直接关系到汽车行驶的舒适性、稳定性以及安全性。
在本文中，我们将探讨几种改进底盘悬挂系统垂向动态性能的方法。
一、减小悬挂系统质量首先，减小悬挂系统的质量可以有效改善汽车底盘的垂向动态性能。
过重的悬挂系统会增加汽车的自重，导致车身下压力增大，降低车辆的悬挂弹性。
因此，研发轻量化的材料和结构设计是改进底盘悬挂系统的一种有效方法。
二、优化悬挂系统结构其次，优化悬挂系统的结构可以提升汽车底盘的垂向动态性能。
传统的悬挂系统通常采用弹簧和减震器组合的方式，但这种结构对底盘的垂向动态性能改进有限。
近年来，气动悬挂系统和电子悬挂系统的应用逐渐增多，有效改善了悬挂系统在不同路况下的垂向动态性能，提高了底盘的舒适性和操控性。
三、提高悬挂系统的刚度和阻尼此外，提高悬挂系统的刚度和阻尼也可以显著改善汽车底盘的垂向动态性能。
刚度是指悬挂系统对垂向运动的抗力，提高刚度可以减少车身的俯仰和侧倾。
阻尼则是指悬挂系统对震动的吸收能力，合理调节阻尼可以提高悬挂系统的回弹速度，增强底盘的稳定性和舒适性。
四、采用主动悬挂系统最后，采用主动悬挂系统是改进底盘悬挂系统垂向动态性能的一种重要方法。
传统的悬挂系统是被动式的，无法根据不同路况和行驶状态进行调节。
而主动悬挂系统可以根据车辆的运动状态和路面情况主动调整悬挂刚度和阻尼，提供更好的悬挂性能和操控性能。
综上所述，改进汽车底盘悬挂系统的垂向动态性能是提升汽车舒适性、稳定性和安全性的重要途径。
通过减小悬挂系统质量、优化悬挂系统结构、提高刚度和阻尼以及采用主动悬挂系统，可以有效改善底盘悬挂系统在垂向动态性能方面的表现。
未来，随着科技的不断进步，相信底盘悬挂系统的垂向动态性能将进一步得到提升，为汽车行业带来更多的创新和发展。
车辆动力学基础
车辆动力学基础第一章1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。
浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。
3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。
4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互约束的装置。
5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。
6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。
7．自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振动，其振动振幅如果逐渐变小，该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。
第二章1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。
2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。
3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。
4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。
5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。
（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。
（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。
6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。
第三章1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。
牵引电机架悬参数对动车转向架稳定性的影响
。因
此， 需要精心设计牵引电机架悬参数 ， 使转向架具有较
但是对电机架悬参数与动车转向架蛇行运动稳定性之
； 收稿日期 ： 修订日期 ： ２ ０ １ ３ １ ０ １ ８ ２ ０ １ ４ ０ ９ ０ ９ － － － － ；牵 引 动 力 国 家 重 点 实 验 室 开 基金项目 ： 博士后基 金 （ ２ ０ １ ４Ｍ ５ ５ ０ ４ ７ １） ） ；国家重点基础研究发展计划 “ 放课题 （ Ｔ Ｐ Ｌ １ ３ ０ ７ ９ ７ ３ 计划 ” ） 课题 （ ２ ０ １ １ Ｃ Ｂ ７ １ １ １ ０ ６ ， 作者简介 ： 黄彩虹 （ 男， 博士 。 １ ９ ８ ５ －）
ｆｍｙ ＝ ｆｍ φ ＝
ｃ １ ｋ ｍ ｍ ｙ ｙ ， ｍｙ ＝ ２ π Ｍｍ ζ ２ Ｍｍ ｋｍｙ 槡
槡
（ ） １ ２
ｃ １ ｋ ｍ ｍ φ ， φ （ ） １ ３ ｍ φ ＝ ζ ２ π Ｉ ｍ ２ Ｉ ｋｍ ｍ 槡 φ 此外 ， 还建 立 了 不 考 虑 电 机 自 由 度 的 模 型 （ 记为
ｋ ｋ ｋ ｋ ２ ｙｗ ｙｗ ｙｂ ＋２ ｙｂ ＋ １ －２ ２ ＋４ ｓ ｐ ｐ ｐ ｙ ｙ ｙ ｙ ｃ ｌ ｌ ＋ｋ ＋ ｙ ｙ ｍ ｂ＋ ｍ ｂ＋ ｙ（ ｙ（ φｂ －ｙｍ１ ） φｂ －ｙｍ１ ） ） ｃ ｌ ｌ ５ ＋ｋ ＝０ （ ｙ ｙ ｍ ｂ－ ２） ｍ ｂ－ ２） ｙ（ ｙ（ φｂ －ｙｍ φｂ －ｙｍ ２ ２ ¨ Ｉ ２ ｂ ｃ ２ ａｃ ｂ ｃ ２ ａｃ ｙｗ ｙｗ ｂ ｂ－ １－ ｘ １＋ ２ ２－ ｘ ２＋ ｐ ｐ ｐ ｐ ｙ ｙ φ φｗ φｗ ２ ２ ２ ４ ｂｃ ａｃ ｃ ａ１ ｂ ｋｐ （ ｙｗ１ － ｘ） ｓ ｘ ｂ－２ ｐ ｐ ｙ＋ ４ ｙ φｂ＋ ２ φ
轨道车辆轮重偏差影响分析
1研究背景随着我国八纵八横政策的推进以及各大城市轨道交通网络的布置，使轨道行业得到了空前的发展。
为了适应日益增长的人口流动现状，车辆速度等级以及车辆轴重也在不断提升，这对车辆的牵引能力以及制动能力都有很大的影响，对车辆的运行安全及稳定也是一种隐患。
轮重偏差是车辆整体性能的一个关键指标，根据《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》对我国的城市轨道车辆的轮、轴重偏差的规定，在任一动车的四根动轴上进行轴重测量，所测得的数据与该车各动轴实际平均轴重之差应该小于等于实际平均轴重的±2%，每个车轮的实际轮重与同轴两轮平均轮重之差应该小于等于该轴两轮平均轮重的±4%。
如此可见，轮重偏差对车辆性能影响是十分重要的。
2轮重偏差影响分析2.1制动力分析制动作用是保障车辆安全运行最重要的功能，保障制动力的存在就是确保车辆的安全性。
轨道车辆制动分为盘型制动和闸瓦制动，盘型制动里面又分为轮盘制动和闸瓦制动。
本文以典型的闸瓦制动进行分析，当车辆制动作用施加时，转向架各车轮处闸瓦抱紧踏面产生制动力P ，根据作用力与反作用力的作用，该处车轮就会相应的产生与轨道间的摩擦力U 。
当该处轮重小于其他轮重时，该处的静摩擦力极限也最小，会导致该处车轮发生滑动摩擦，受力分析如图1所示。
2.2牵引力分析牵引力的存在是车辆始终具有前进动力的保障，轨道车辆在运行过程中，轮轨间的黏着力为车辆前进提供动力。
根据黏着定律表明，当车辆牵引力大于车辆各动轮与钢轨之间最大黏着力的总和时，车辆将会发生车轮打滑或者空转的危险，即：图5电枢电压值对电机转速的影响程度图4电枢电阻值对电机转速的影响程度为恒定值；同时，磁通的平均路径l a 、磁导率μ、线圈匝数N 及线圈截面积s 对于同一个雨刮电机是定值，因此的值为常数。
当电枢电压U a 、电阻R a 、电磁转矩T M恒定时，电枢转子转速n 可随定值励磁电流i f 大小的变化而变化。
其调速过程为：当定子励磁电流减小时，励磁磁通减弱，根据式（3）平衡方程，电枢转速提升，反之亦然，实现调速功能；但当电磁转矩不变时，根据式（4）平衡方程，当定子励磁磁通减弱时，电枢转子电流上升，需防止电机过流或过热。
电力机车总体及走行部复习要点
电力机车总体及走行部（ML制作）第一章概论1电力机车有电气部分、机械部分和空气管路系统3大部分组成。
2机械部分包括车体、转向架、车体与转向架连接装置和牵引缓冲装置。
3转向架包括①构架②轮对③轴箱④弹簧悬挂装置⑤齿轮传动装置⑥牵引电机⑦基础制动装置。
4机车轴列式：2（B0—B0），两台机车，每车两台两轴转向架，动轴为单独驱动。
5国产电力机车参数车型项目SS3B SS4G SS8 SS9 轴列式C0—C0 2(B0—B0) B0—B0 C0—C0 轴重（T）23 23 22 21中心线高度880±10880±10 880±10 880±10 牵引点高度460 235 460车轮直径1250 1250 1250 1250 机车速度100 170 170 170传动方式双侧刚性斜齿传动双侧刚性斜齿传动单边直齿六连杆空心轴弹性传动单边直齿传动六连杆空心轴传动电机悬挂抱轴式半悬挂抱轴式半悬挂全悬挂全悬挂牵引方式牵引杆中间斜拉杆推挽式中间推挽式牵引拉杆双侧低位平拉杆6高速列车一系弹簧挠度小。
第二章电力机车车体和设备布置1车体的功能:⑴安装电器、机械设备，从而保护车内设备不受外界风沙、雨雪侵蚀。
⑵机车乘务人员操纵、保养和维修机车的场所。
⑶传递垂向力。
车体各部分重量经车体和支承传给转向架。
⑷传递纵向力。
转向架传来的牵引力、制动力经车体传给车钩和缓冲器。
⑸传递横向力。
机车运行中车体承受如离心力、风力等横向作用力。
2对车体的要求：⑴有足够的刚度和强度。
⑵为了提高机车运行速度，车体必须减轻自重，还要在各方向重量分配匀称、重心低。
⑶车体结构设计必须保证设备安装、检查、保养以及检修更换的便利，还应改善乘务人员多方面工作条件。
⑷车体机构尺寸须纳入国家规定的机车车辆限界尺寸中。
⑸满足车体基本功能和空气动力学车体外形基础上，应使车体外观设计美观、大方，富有时代气息。
3车体的类型（承载结构）1底架承载式2侧墙和底架共同承载式、3整体承载式（SS4、SS8、SS9）4Q345与16Mn为同种材料，属于不同国标。
重载货车轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2021, 10(2), 106-119Published Online April 2021 in Hans. /journal/dschttps:///10.12677/dsc.2021.102012重载货车轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响刘红军1，刘鹏飞2，高昊1，赵宇航1，郝凯11石家庄铁道大学，机械工程学院，河北石家庄2石家庄铁道大学，省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北石家庄收稿日期：2021年3月20日；录用日期：2021年4月9日；发布日期：2021年4月16日摘要为了研究轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响，以国内某型30 t轴重重载货车为研究对象。
首先采用有限元方法建立不同模态的弹性轮对模型，在动力学软件中进一步集成为货车刚柔耦合动力学模型。
采用时域、频域以及统计最大值的方法对比分析，发现轮对一阶横弯和车轮伞形振动模态能缓和轮轨横、垂向力，与此同时一阶横、垂弯模态会产生较大的纵向蠕滑力。
最后分析了不同速度下各阶模态对动力学的影响。
当轮对的一阶扭转、横弯以及二阶垂弯模态被激发时，速度变化对轮轨蠕滑力影响较大。
对于轮轨横、垂向作用力，当轮对发生以一阶、二阶垂弯为主的振动时，速度对轮轨横向力的影响较为明显。
关键词货车，有限元，弹性轮对，振动模态，轮轨力Influence of Wheelset Elastic VibrationMode Order on Wheel-Rail DynamicInteraction of Heavy-Haul Freight WagonHongjun Liu1, Pengfei Liu2, Hao Gao1, Yuhang Zhao1, Kai Hao11School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei2State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang HebeiReceived: Mar. 20th, 2021; accepted: Apr. 9th, 2021; published: Apr. 16th, 2021刘红军 等AbstractTo study the influence of elastic vibration mode order of wheelset on wheel-rail dynamic interac-tion, a 30 t axle-load wagon was taken as the research object. Firstly, the elastic models of wheel-set with different vibrating modes were established by using the finite element method, which were introduced into the dynamic software to constitute the rigid-elastic coupling dynamic model of freight wagon. The time domain, frequency domain and statistical maximum analysis methods were applied. It was found that, the first-order lateral bending mode of wheelset and umbrel-la-type vibration mode of wheels could ease the wheel/rail lateral and vertical forces. Meanwhile, the first-order horizontal and vertical bending modes would produce larger longitudinal creep forces. Finally, the influence of different modes on the dynamics at different speeds was analyzed. As the first-order torsion, lateral bending and second-order vertical bending modes were excited, the change of velocity had great influence on the creep forces of wheelset. Comparing between the wheel-rail lateral and vertical forces, the speed change had the greater influence on the wheel-rail lateral forces when the first-order and second-order vertical bending vibration modes dominated in the wheelset.KeywordsFreight Wagon, Finite Element, Elastic Wheelset, Vibrating Modes, Wheel-Rail ForcesCopyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/1. 引言一般的，轮对弹性振动模态阶数对车辆动力学影响是不同的。
高速机车走行部技术
二、牵引电动机全悬挂
体悬式的优点：簧下质量小，转向架质量及绕中心的转动惯量小， 因而转向架的蛇行稳定性好，机车的蛇行临界速度高，适用于高速机车 。
二、牵引电动机全悬挂
体悬式的缺点：牵引电动机输出端至轮对之间传递力矩所用的驱动 装置结构复杂，比架悬式的驱动装置还要复杂些，制造更难，成本更高 。
新型高速动车转向架简介
一、机车走行部的性能指标
3.运行平稳性
机车的运行平稳性是指人所感受到的机车运行品质。确定人对机车振动 的感受有四个重要的物理参数，即振动加速度、频率、方向和持续时间。机 车运行平稳性差就表示舒适度差，容易使人疲劳，影响机车乘务员的工作效 率，容易发生行车事故。
一、机车走行部的性能指标 3.运行平稳性
一、机车走行部的性能指标
4.曲线通过性能
机车的曲线通过性能与横向稳定性是相互矛盾的，即对机车的结 构参数采取的有利于通过曲线的措施对横向稳定性都是不利的，反之 亦然。因此，在选定这些参数时既要考虑曲线通过性能又要考虑横向 稳定性能。
近些年来，国外发展较快的机车径向转向架显著改善了机车的曲 线通过性能，同时又不降低机车的横向稳定性，也不影响牵引力从车 轴向构架的传递。
一、动力分散式高速电动车组转向架
转向架采用B0—B0轴式，每个轮对由一台交流异步感应牵引电动机 驱动。牵引电动机弹性架悬于构架横梁上，电动机输出的转矩通过齿形联 轴节传递给齿轮箱以驱动轮对。齿形联轴节同时可补偿构架与轮对之间的 相对运动。
一、轮轨垂向动载荷
一、轮轨垂向动载荷
长期以来，在机车车辆动力学及轮轨相互作用的研究中，习惯上以 机 车 车辆系统为主体，将轨道基础视为“刚性支承”，把钢轨不平顺作为激扰 源，来求解机车车辆在此激扰下的响应及轮轨之间的作用力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一系垂向悬挂对重载货车轮轨动力作用的影响杨春雷;李芾;黄运华【摘要】The effects of the primary vertical suspension on the dynamic mechanics of heavy haul freight cars were analyzed by simulation to decrease dynamic wheel/rail interactions through optimizing the parameters of the primary vertical suspension. The vehicle-track coupling dynamics and the method of optimal matching design were applied in the simulation. The simulation results indicated that the primary vertical stiffness had little effect on the dynamic wheel/rail interactions; when at high values, the primary vertical damping decreased the vibrations of track structure, but increased those of car body; and the preferable primary vertical damping was 50-500 kN ? S/m.%为了实现机车车辆低动力作用,基于车辆/轨道耦合动力学原理,应用车辆与线路最佳匹配设计方法和车辆/轨道空间耦合动力学模型,仿真分析了重载货车一系垂向悬挂对轮轨动力作用的影响,优化了一系悬挂参数,降低了重载货车轮轨动力的相互作用.研究结果表明:一系垂向刚度对车辆轮轨动力作用影响甚微,一系垂向阻尼在高量值范围增加阻尼值,减轻轨道结构的振动,加剧车辆本身振动；重载货车一系垂向阻尼取50～500 kN·s/m为宜.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2011(046)005【总页数】6页(P820-825)【关键词】重载货车;一系垂向悬挂;仿真分析;轮轨动力作用【作者】杨春雷;李芾;黄运华【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;中国南车眉山车辆有限公司产品开发部,四川眉山620032;西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U270.1随着货物列车重载化，特别是货车轴重的增加，车辆与线路的动态相互作用显著增强，车辆对轨道结构的破坏作用及线路变形也随之加剧.因此，发展重载运输必须努力减轻重载车辆与线路的相互动态作用，实现重载运输低动力作用，降低重载线路养护工作量和费用，提高重载运输效益.为了实现机车车辆低动力作用，许多学者对此展开了相关理论分析和试验研究［1～13］，由于我国铁路货车在相当长的时间内一直采用只有一系中央悬挂的转8 A转向架(无轴箱悬挂)，轴重也一般不超过21 t，由于缺乏物理原型，所以，对重载货车一系悬挂参数对其轮轨动力作用的影响研究不多见.随着具有二系悬挂结构的25 t轴重货车投入批量应用以及27 t轴重通用货车的研制成功，为研究大轴重货车轮轨动力作用提供了物理样机原型，使深入分析重载货车轮轨动力相互作用成为可能.本文中根据车辆-轨道耦合动力学理论［2］，以我国研制的27 t轴重通用敞车为物理原型，建立了车辆-轨道耦合动力学分析模型，采用车辆与线路最佳匹配设计方法［14］，仿真分析车辆一系垂向悬挂(刚度和阻尼)对重载货车轮轨动力作用的影响，以及不同速度下，不同轴重货车轮轨动力作用随一系垂向悬挂的变化关系.1 重载货车-轨道耦合动力学分析模型27 t轴重通用敞车转向架采用三大件的结构形式:一系悬挂采用轴箱橡胶堆;二系悬挂采用带变摩擦减振装置的两级刚度弹簧悬挂系统;旁承为长行程常接触双作用弹性旁承.根据转向架结构特点建立车辆-轨道耦合模型，如图1所示.图1 重载货车车辆-轨道耦合作用模型(端视图)Fig.1 Vehicle-track coupling model for heavy haul freight car(end view)图1中符号说明和车辆以及轨道系统振动运动方程详见文献［2］，这里不再赘述. 为使计算合理，建模时全面考虑了重载货车结构特性及非线性环节.在摇枕和车体间，考虑心盘回转力矩和弹性旁承摩擦力矩，对摇枕考虑摇头自由度，其余自由度与车体一起考虑或通过换算得到;左右侧架考虑除侧滚自由度外的其他自由度，并考虑了侧架和摇枕间楔块的摩擦阻尼特性;轴箱悬挂处考虑了轴箱剪切垫提供的一系悬挂纵向、横向和垂向刚度和阻尼;轨道模型采用三层连续离散点支承无限长Euler梁模型［2］.考虑钢轨的垂向、横向和扭转自由度，轨枕视为刚性体，考虑轨枕的垂向、横向以及刚体转动;道床离散为刚性质量块，道床块之间由剪切刚度元件和剪切阻尼元件相连，道床和路基之间用线性弹簧和阻尼元件连接，且只考虑道床的垂向振动.车辆-轨道耦合模型自由度如表1所示，表中“—”表示此部件的该自由度不考虑. 表1 重载货车车辆-轨道系统模型自由度Tab.1 Degrees of freedom of heavy haul freight car2 一系垂向悬挂参数对轮轨动力的作用2.1 一系垂向刚度图2为27 t轴重重载货车以80 km/h速度通过轨道低接头(总折角为0.02 rad)时，轮轨系统振动响应随车辆一系刚度的变化.图2中:Kpz——一系垂向刚度;Cpz——一系垂向阻尼;图2 一系垂向刚度对轮轨系统振动的影响Fig.2 Effects of primary vertical stiffness on wheel/rail vibrationPz——轮轨垂向力;Fwy——轮轨横向力;arz——钢轨垂向加速度;asz——轨枕垂向加速度;abz——道床垂向加速度;awz——轮对垂向加速度.由图2可见，当Cpz＞10 kN·s/m 时，Kpz对轮轨系统振动影响不大，Pz、Fwy、arz和 asz变化甚微，abz随Kpz增加有一定的下降，awz则有所增加，但幅度都很小.随着Cpz增加，Kpz对轮轨系统振动的影响越来越弱，当Cpz＞500 kN·s/m时，可以忽略Kpz对轮轨系统的振动效应.为了研究不同速度下，Kpz对轮轨系统振动的影响，分别对27 t轴重重载货车以速度为80、100和120 km/h通过轨道低接头的振动响应进行计算仿真，结果如图3所示.由图3可知，速度主要影响轮轨振动响应的峰值，速度越大，峰值越高，轮轨冲击作用越强.速度对轮轨系统振动受一系刚度的变化特性影响很小，各指标变化曲线基本一致.图3 不同速度下车辆一系垂向刚度对轮轨系统振动的影响Fig.3 Effects of primary vertical stiffness on wheel/rail vibration at different speeds2.2 一系垂向阻尼图4为不同轴重车辆以80 km/h速度通过轨道低接头时，轮轨系统振动随Cpz的变化.由图4可见:当Cpz＜10 kN·s/m时，Cpz的变化对轮轨系统振动影响较小，Pz、arz、asz和abz随着 Cpz的增加有少量降低，轮对加速度有轻微增加，但变化幅度很小，各曲线近似水平;当Cpz＞10 kN·s/m时，增加阻尼值，可以明显减轻轨道结构振动，特别是当Cpz＞100 kN·s/m时，Pz、arz、asz和 abz随着 Cpz的增加而迅速下降，但awz却又急剧增加.所以，一系垂向阻尼的增大，在减轻轨道结构振动的同时，导致机车车辆自身振动加剧.因此，对于重载货车，较理想的一系垂向阻尼值范围应为50～500 kN·s/m，与文献［2］的研究结果一致.由图4分析可知，轴重主要影响轮轨动力响应峰值，轴重越大，轮轨结构振动越剧烈，车辆本身振动反而有所降低，表明大轴重货车要实现低动力作用，应采用轴箱悬挂方式，且轴重越大，其轴箱悬挂垂向阻尼值也应适当加大，可取范围内的上限值.图4 不同轴重车辆一系垂向阻尼对轮轨系统振动的影响Fig.4 Effects of primary vertical damping on wheel/rail vibration with different axle loads and at different speeds3 结论(1)一系悬挂垂向刚度Kpz对轮轨系统振动影响甚微，特别是当一系悬挂垂向阻尼超过100 kN·s/m后，基本可以忽略一系悬挂刚度对轮轨系统振动的效应. (2)在一系悬挂阻尼的低量值范围(小于10 kN·s/m)，阻尼值的变化对系统振动影响不大;在一系悬挂阻尼的高量值范围(大于10 kN·s/m)内增加其阻尼值，可以明显减轻轨道结构振动，但车辆本身的振动又会加剧.所以，重载货车一系悬挂阻尼取50～500 kN·s/m为宜.(3)重载车辆对轨道结构的动力作用随着轴重和速度的增大无条件地增长.因此，为实现大轴重重载货车的低动力作用，采用一系轴箱悬挂时，应选取较大的一系悬挂阻尼.参考文献:【相关文献】［1］严隽耄，翟婉明，陈清，等.重载列车系统动力学［M］.北京:中国铁道出版社，2003:140-150.［2］翟婉明.车辆-轨道耦合动力学［M］.3版.北京:中国铁道出版社，2007:37-44，234.［3］卜继玲，李芾，付茂海，等.重载列车车辆轮轨作用研究［J］.中国铁道科学，2005，26(5):52-56.BU Jiling，LI Fu，FU Maohai，et al.Research on wheel/rail action of heavyhaul train［J］.China Railway Science，2005，26(5):52-56.［4］翟婉明，孙翔.低动力作用轮轨系统垂向动力参数研究与设计［J］.铁道学报，1993，15(3):1-9.ZHAI Wanming，SUN Xiang.Analysis and design of vertical dynamic parameters of wheel/rail system with low dynamic interactions［J］.Journal of The China Railway Society，1993，15(3):1-9.［5］翟婉明，严隽髦，孙翔.大型货车对线路动力影响的研究［J］.西南交通大学学报，1993(5):37-41.ZHAI Wanming，YAN Junmao，SUN Xiang.Dynamic effect of heavy haul freight cars on railway track［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，1993(5):37-41. ［6］刘建新，王开云，封全宝.机车车辆二系横向止挡结构参数［J］.西南交通大学学报，2008，43(4):469-472.LIU Jianxin， WANG Kaiyun， FENG Quanbao.Parameters ofsecondary lateralstopping block of vehicle［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2008，43(4):469-472.［7］王开云，翟婉明，蔡成标.轮轨结构参数对列车运动稳定性的影响［J］.中国铁道科学，2003，24(1):43-47.WANG Kaiyun， ZHAI Wanming， CAI Chengbiao.Effect of wheel/rail structure parameter on stability of train movement［J］.China Railway Science，2003，24(1):43-47.［8］郝建华，曾京，邬平波.铁路车辆垂向减振与悬挂系统参数优化［J］.交通运输工程学报，2005，5(4):10-14.HAO Jianhua， ZENG Jing， WU Pingbo. Vertical vibration isolation and suspension parameter optimization of railway vehicle［J］. Journal of Traffic andTransportation Engineering，2005，5(4):10-14.［9］王孔明，李芾，卜继玲.货车转向架悬挂参数与运行性能研究［J］.铁道机车车辆，2005，25(5):4-8.WANG Kongming，LI Fu，BU Jiling.Research on suspension parameter and performance of freight car bogie［J］.Railway Locomotive ＆ Car，2005，25(5):4-8. ［10］王开云，翟婉明.纵向压力作用下重载机车与轨道的动态相互作用［J］.西南交通大学学报，2009，44(1):7-12.WANG Kaiyun，ZHAI Wanming.Dynamic interaction between heavy locomotive and track under longitudinal force of coupler［J］. Journal of Southwest Jiaotong University，2009，44(1):7-12.［11］金雪岩，王夏秋.直线工况轴重对轮轨磨损影响的试验研究［J］.西南交通大学学报，2001，36(3):264-267.JIN Xueyan，WANG Xiaqiu.A laboratory study on the effect of axle-load on the wear of wheel and rail on tangent track［J］. Journal of Southwest Jiaotong University，2001，36(3):264-267.［12］金学松，张继业，温泽峰，等.轮轨滚动接触疲劳现象分析［J］.机械强度，2002，24(2):250-257.JIN Xuesong，ZHANG Jiye，WEN Zefeng，et al.Overview of phenomena of rolling contact fatigue of wheel/rail［J］.Journal of Mechanical Strength，2002，24(2):250-257.［13］翟婉明，蔡成标，王开云.轨道刚度对列车走行性能的影响［J］.铁道学报，2000，22(6):80-83.ZHAI Wanming，CAI Chengbiao，WANG Kaiyun.Effect of track stiffness on train running behavior［J］.Journal of The China Railway Society，2000，22(6):80-83. ［14］翟婉明.机车车辆与线路最佳匹配设计原理方法及工程实践［J］.中国铁道科学，2006，27(2):60-65.ZHAI Wanming.Optimum matching design between railway vehicles and tracks:Principle，Method and Engineering Practice［J］. China Railway Science，2006，27(2):60-65.。