孫琦等

【摘 要】CRH3型動車組是中國當(dāng)下運(yùn)行速度最快的動車車輛，其驅(qū)動裝置采用架懸式，有別于其他常見的軸懸式和體懸式。牽引電機(jī)是動力轉(zhuǎn)向架驅(qū)動裝置的重要組成之一，西門子公司對CRH3型車的電機(jī)安裝采用板彈簧結(jié)構(gòu)懸于構(gòu)架上，不僅能夠承載電機(jī)自重，而且減弱了運(yùn)行過程中由牽引電機(jī)帶來的搖頭慣量。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計的巧妙性不言而喻。本文將通過SolidWorks軟件參照CRH3型動車轉(zhuǎn)向架建立等比例的三維模型，然后通過SIMPACK分析軟件建立其整車的動力學(xué)模型，得到其性能參數(shù)，為以后再創(chuàng)新建立數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】板彈簧；側(cè)滾慣量；動力學(xué)分析

1.前言

1.1 CRH3型車概述

1.1.1 CRH3型車在我國的發(fā)展

CRH3型車以德國ICE3動車組轉(zhuǎn)向架SF500的結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)，針對我國CRH3項(xiàng)目寬車體的要求，對其轉(zhuǎn)向架的各部件質(zhì)量、重心以及懸掛參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使其運(yùn)營速度（300km/h）和試驗(yàn)速度（350km/h）在我國4種CRH系列車中均居首位。

1.1.2 CRH3型車轉(zhuǎn)向架的特點(diǎn)

CRH3型高速動車組采取“四動四拖”的編組形式，由8節(jié)車輛組成。其構(gòu)架為H型箱型焊接結(jié)構(gòu)，由兩根中間為凹形的側(cè)梁組成；一系懸掛為螺旋鋼彈簧加垂向液壓減震器組成；轉(zhuǎn)臂式定位方式；二系懸掛采用帶有應(yīng)急橡膠堆的高度自動調(diào)節(jié)的空氣彈簧組成，且空氣彈簧輔助氣室由枕梁內(nèi)腔承擔(dān)；在車體和轉(zhuǎn)向架之間裝有雙抗蛇形減震器、橫向減震器、抗側(cè)滾扭桿裝置和Z形雙拉桿牽引裝置；動力轉(zhuǎn)向架采用輪盤制動方式，非動力轉(zhuǎn)向架采用軸盤制動方式；動力轉(zhuǎn)向架采用撓性浮動齒式聯(lián)軸節(jié)式牽引電機(jī)彈性架懸式驅(qū)動裝置；軸箱采用自密封式雙列圓錐滾動軸承。

1.1.3 CRH3型車牽引電機(jī)安裝架的探究

通過在整車環(huán)境下對牽引電機(jī)安裝吊桿的動力學(xué)分析，得到吊桿的橫向剛度6KN/mm、垂向剛度30KN/mm。

1.2安裝架的探究思路

探究安裝架的靈感來自現(xiàn)有安裝架的優(yōu)點(diǎn)。CRH3型車牽引電機(jī)安裝架的板彈簧結(jié)構(gòu)巧妙的減少了其對整車側(cè)滾慣量的影響。構(gòu)架和牽引電機(jī)質(zhì)量相近，但前者的側(cè)滾慣量是后者的7倍還多。

1.3目的意義

1.3.1目的

高速列車是技術(shù)密集型行業(yè)，其發(fā)展水平能反映出一個國家的科技實(shí)力，深入探究高速列車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能為日后再創(chuàng)新奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，仿真的優(yōu)化結(jié)果若能成功的應(yīng)用于實(shí)際動車組，也能使我國在鐵路事業(yè)越來越有發(fā)言權(quán)。

1.3.2意義

高速鐵路具有節(jié)約能源和減少環(huán)境污染的優(yōu)勢，響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，符合科學(xué)發(fā)展觀要求。

2.建模過程

2.1 SolidWorks簡介

本次探究過程的三維結(jié)構(gòu)部分采用SolidWorks軟件。SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，其SolidWorks軟件在全球通用程度很高，倍受青睞。

2.2轉(zhuǎn)向架的建模過程

2.2.1輪對

表1 輪對基本參數(shù)

2.2.2軸箱

軸箱的主要作用是連接構(gòu)架和輪對，軸箱定位方式一般有轉(zhuǎn)臂式定位、拉板式定位、層疊式橡膠彈簧定位、導(dǎo)柱式定位，CRH3型車采用轉(zhuǎn)臂式定位。

2.2.3構(gòu)架

CRH3型車構(gòu)架采用“H”型構(gòu)架，是高速列車車輛轉(zhuǎn)向架的“骨架”，也是轉(zhuǎn)向架中最重的結(jié)構(gòu)。

2.2.4懸掛元件

CRH3型車二系采用空氣彈簧懸掛，空氣彈簧具有變參數(shù)的特點(diǎn)，能更好的維持車體平穩(wěn)性，大大增加了車輛運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性。

2.2.5驅(qū)動裝置

牽引電機(jī)是驅(qū)動裝置的主要組成部分，其懸掛方式影響著車輛的性能。一般的高速列車牽引裝置懸掛方式有架懸式、體懸式、軸懸式，CRH3型車采用架懸式，事實(shí)證明，架懸式有很大的性能優(yōu)勢。

3.分析過程

3.1 SIMPACK簡介

SIMPACK軟件是德國INTEC Gmbh公司（于2009年正式更名為SIMPACK AG）開發(fā)的針對機(jī)械/機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)/動力學(xué)仿真分析的多體動力學(xué)分析軟件包。它以多體系統(tǒng)計算動力學(xué)（Computational Dynamics of Multibody Systems）為基礎(chǔ)，包含多個專業(yè)模塊和專業(yè)領(lǐng)域的虛擬樣機(jī)開發(fā)系統(tǒng)軟件。SIMPACK軟件的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車工業(yè)、鐵路、航空/航天、國防工業(yè)、船舶、通用機(jī)械、發(fā)動機(jī)、生物運(yùn)動與仿生等。本次探究主要用到該軟件的rail模塊。

3.2動力學(xué)模型

3.3線性臨界速度分析

在SIMPACK軟件中，對整車設(shè)置不同的運(yùn)行速度，得到整車系統(tǒng)的根軌跡曲線，該曲線是轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定性評判最主要的（下轉(zhuǎn)第247頁）（上接第242頁）方法。

3.4非臨界速度分析

非線性臨界速度分析較線性臨界速度分析，增加了橫向位移。依舊讓車輛在平直軌道上以各種速度運(yùn)行，得到蛇形失穩(wěn)前的最大速度。

3.5車輛在直線上的動力學(xué)性能

車輛在直線上的動力學(xué)分析，一般主要考慮輪軌橫向作用力、輪軸橫向作用力和輪重減載率。

3.6車輛在曲線上的動力學(xué)性能

車輛在曲線軌道上的運(yùn)行要考慮到離心力。一般來說，曲線通過處會設(shè)置超高，利用力學(xué)知識將自重的水平分力來平衡離心力。

4.總結(jié)

隨著世界各地高速跌路的蓬勃發(fā)展，對其車輛的動力學(xué)分析是必要的。通過對其動力學(xué)分析來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、快速性也是很有幫助的。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]王伯銘.高速動車組總體及轉(zhuǎn)向架（第二版）[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2014.

[2]孫勇捷.高速動車彈性架懸式驅(qū)動裝置動力學(xué)性能研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2008.