王偉

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 大連研發(fā)中心，遼寧大連 116052）

1 車輛模型和線路工況

圖1 車輛動(dòng)力學(xué)模型

以某型敞車為研究對(duì)象，應(yīng)用NUCARS 動(dòng)力學(xué)軟件建立車輛動(dòng)力學(xué)模型，見(jiàn)圖1，共計(jì)11 個(gè)體，62 個(gè)自由度。選取AAR M-1001 第11 章 中 的 扭轉(zhuǎn)、側(cè)滾（Twist，Roll）線路作為輸入，其為直線線路，左、右鋼軌垂向有10 個(gè)波長(zhǎng)為39ft、幅值為0.5in 的交錯(cuò)激擾，見(jiàn)圖2。

圖2 扭轉(zhuǎn)、側(cè)滾線路

2 仿真結(jié)果

車體側(cè)滾角峰峰值最大值為2 s 窗口峰峰值的最大值，最大輪對(duì)脫軌系數(shù)為所有輪對(duì)的輪對(duì)脫軌系數(shù)最大值，最小剩余輪重為所有車輪的最小垂向載荷與車輪垂向靜載荷的比值。

2.1 旁承垂向剛度的影響

為避免旁承止擋的影響，旁承行程取15.8 mm，預(yù)載荷取12.7mm。垂向剛度分別取1.0MN/m、1.5MN/m、1.89MN/m和2.5 MN/m。結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

可見(jiàn)在扭轉(zhuǎn)、側(cè)滾線路上，旁承垂向剛度對(duì)空車動(dòng)力學(xué)性能的影響更為顯著。采用小剛度旁承不僅可以改善輪對(duì)脫軌系數(shù)、最小剩余輪重等指標(biāo)，而且縮小了指標(biāo)大值對(duì)應(yīng)的速度區(qū)間，但車體側(cè)滾角也將增大。

2.2 旁承行程的影響

旁承垂向剛度取1.89 MN/m，預(yù)載荷取12.7 mm。行程分別取3 mm、6 mm、10 mm 和15.8 mm。結(jié)果見(jiàn)圖6～圖8。

圖3 車體側(cè)滾角峰峰值最大值

圖4 最大輪對(duì)脫軌系數(shù)

圖5 最小剩余輪重

可見(jiàn)在扭轉(zhuǎn)、側(cè)滾線路上，旁承行程對(duì)空車動(dòng)力學(xué)性能的影響更為顯著。采用長(zhǎng)行程旁承的車輛，其輪對(duì)脫軌系數(shù)和最小剩余輪重等指標(biāo)均有顯著改善，但車體側(cè)滾角也將增大。

2.3 旁承預(yù)載荷的影響

圖6 車體側(cè)滾角峰峰值最大值

圖7 最大輪對(duì)脫軌系數(shù)

旁承垂向剛度取1.89 MN/m，行程取15.8 mm。預(yù)載荷分別取7 kN、15 kN 和24 kN 和30 kN。結(jié)果見(jiàn)圖9～圖11。

可見(jiàn)在扭轉(zhuǎn)、側(cè)滾線路上，旁承預(yù)載荷對(duì)空車動(dòng)力學(xué)性能影響更為明顯。大的旁承預(yù)載荷將增大輪對(duì)脫軌系數(shù)、減小最小剩余輪重和增大車體側(cè)滾角，使車輛動(dòng)力學(xué)性能變差。

圖9 車體側(cè)滾角峰峰值最大值

3 結(jié)論

通過(guò)研究旁承垂向剛度、行程和預(yù)載荷等參數(shù)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，結(jié)論如下：

圖10 最大輪對(duì)脫軌系數(shù)

圖11 最小剩余輪重

1）車輛在線路上運(yùn)行時(shí)，車體將不可避免地發(fā)生側(cè)滾。在旁承止擋起作用之前，小剛度旁承能夠減緩車體、搖枕間及搖枕、側(cè)架間作用力的變化幅度，不但改善了輪對(duì)脫軌系數(shù)、最小剩余輪重等指標(biāo)，而且縮小了指標(biāo)大值出現(xiàn)的速度區(qū)間，但同時(shí)也增大了車體側(cè)滾角。因此為適應(yīng)扭轉(zhuǎn)線路工況，在保證車輛抗傾覆安全性的前提下，盡量選用小剛度旁承。

2）采用短行程旁承的車輛，尤其是定距較長(zhǎng)或車體扭轉(zhuǎn)剛度較大的車輛如空罐車，運(yùn)行在扭轉(zhuǎn)線路上時(shí)，車體側(cè)滾將導(dǎo)致旁承止擋過(guò)早接觸，旁承處頻繁出現(xiàn)沖擊，增大車輪減載率和輪對(duì)脫軌系數(shù)，增加車輛脫軌風(fēng)險(xiǎn)；而長(zhǎng)行程旁承則可以平衡和補(bǔ)償車輛曲線通過(guò)時(shí)的輪對(duì)左右輪軌間的垂向力，增大最小剩余輪重，但也增大了車體側(cè)滾角。因此為適應(yīng)扭轉(zhuǎn)線路工況，在保證車輛抗傾覆安全性的前提下，盡量選用長(zhǎng)行程旁承。

3）大的旁承預(yù)載荷將使車輛動(dòng)力學(xué)性能變差，為適應(yīng)扭轉(zhuǎn)線路工況，旁承預(yù)載荷不宜過(guò)大。

［1］O’Donnell B.Making the Case for Long Travel Constant Contact Side Bearings［J/OL］.Interface，2005，July.http：//interfacejournal.com/?P=608.

［2］AAR Manual of Standards and Recommended Practices Design，F(xiàn)abrication，and Construction of Freight Cars ［S］.M1001 CHAPTER11.2007.