孫亞洲， 陳寶玲

(1 西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 成都 610031；2 重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司， 重慶 401120)

動(dòng)車組列車運(yùn)行速度越來(lái)越高，車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越來(lái)越劇烈，其對(duì)列車運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)性能影響也越來(lái)越大[1]，因此需要在車輛端部安裝除車鉤緩沖器之外的專門的減振裝置[2-4]，或?qū)︼L(fēng)擋進(jìn)行改進(jìn)，增加其阻尼特性，來(lái)衰減車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。日本的鐵道車輛專用阻尼裝置種類很多，已成系列，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)巧妙，動(dòng)力學(xué)特性良好，廣泛應(yīng)用在既有線和新干線上；CRH2原型車E2-1000車的車輛間減振器(簡(jiǎn)稱：車間減振器)安裝在端墻下部，其在高速試驗(yàn)區(qū)間(360～370 km/h)車輛舒適性良好，但是隨著車輛速度進(jìn)一步提高，列車動(dòng)力學(xué)性能的改善效果變得不明顯[1]。

周素霞等[5-7]運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK建立了4動(dòng)4拖8輛編組的高速動(dòng)車組系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)改變車間縱向減振器的節(jié)點(diǎn)剛度和阻尼等特性參數(shù)，研究了其對(duì)列車平穩(wěn)性、穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能的影響。喬彥等[8]建立了“動(dòng)-拖-動(dòng)”3節(jié)車輛編組的動(dòng)車組模型，采用分級(jí)阻尼控制的方法，在直線時(shí)采用大阻尼，可顯著提高運(yùn)行平穩(wěn)性，在過(guò)曲線時(shí)，采用小阻尼，以便于通過(guò)曲線。李剛等人[9]運(yùn)用SIMPACK軟件，建立了2動(dòng)1拖3輛編組的動(dòng)車組模型，研究了車間減振器對(duì)于列車動(dòng)力學(xué)性能的影響。羅仁等[10-11]所建立的動(dòng)力學(xué)模型中考慮了隨機(jī)因素對(duì)高速列車動(dòng)力學(xué)性能的影響。周勁松等[12]以列車為研究對(duì)象，采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，分別建立了單車、3車、5車編組，并在多車編組中加入車間懸掛，對(duì)車間懸掛參數(shù)進(jìn)行了研究，車端懸掛能有效地提高列車高速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性。關(guān)于車間懸掛的研究，前人已經(jīng)做了很多，但是，他們有的僅研究了車間減振器特性參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響，有的只建立了3車或者5車編組，雖然少編組列車的研究結(jié)果能在提供參考的同時(shí)大量減少計(jì)算的工作量，但是由于不同長(zhǎng)度的編組有著不同程度的耦合效果，因此其研究結(jié)果與全編組列車仍然有出入[13-15]，所以需要建立與真實(shí)情況一致的完整的6動(dòng)2拖8輛編組的動(dòng)車組列車來(lái)進(jìn)行研究，得出的結(jié)果才會(huì)與實(shí)際情況更加接近，也更加準(zhǔn)確。

正是基于以上考慮，以CRH2動(dòng)力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，采用俄羅斯商用多體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算軟件UM，建立了6動(dòng)2拖8輛編組的高速動(dòng)車組列車，考慮了踏面與軌頂面形狀、線路不平順、曲線路況等對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響，從列車運(yùn)行穩(wěn)定性、平穩(wěn)性、曲線通過(guò)性能等3個(gè)方面的蛇行臨界速度、垂向/橫向Sperling指標(biāo)、輪軌橫向力、磨耗指數(shù)、脫軌系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行考量，對(duì)是否加裝車間縱向減振器、車間縱向減振器的最佳安裝位置進(jìn)行了研究。

1 工況設(shè)置及列車動(dòng)力學(xué)模型

1.1 線路及工況設(shè)置

1.1.1線路設(shè)置

在UM中構(gòu)建了兩種線路，直線和曲線，直線線路長(zhǎng)度根據(jù)各實(shí)際工況仿真要求分別確定，全線路施加UIC_good不平順譜。曲線為直線500 m+緩和曲線500 m+圓曲線1 000 m+緩和曲線500 m+直線500 m，全長(zhǎng)3 000 m，曲線半徑7 500 m，曲線超高70 mm，全線路施加UIC_good不平順譜。

1.1.2工況設(shè)置

共有兩項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，一是區(qū)別安裝車間縱向減振器和不安裝車間縱向減振器兩種情況，分別以穩(wěn)定性指標(biāo)，主要是非線性臨界速度；平穩(wěn)性指標(biāo)，主要是Sperling指標(biāo)；以及曲線通過(guò)性能指標(biāo)，主要是輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、磨耗指數(shù)等；通過(guò)3個(gè)大項(xiàng)5個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)比研究有無(wú)車間縱向減振器對(duì)高速列車動(dòng)力學(xué)性能的影響。二是以減振器的橫向跨距和安裝高度作為參數(shù)，進(jìn)行雙參數(shù)掃描，根據(jù)各車的臨界速度、Sperling指標(biāo)、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)等參數(shù)，得到車間縱向減振器最佳安裝位置。

設(shè)定列車直線運(yùn)行速度為380 km/h，曲線路段限速300 km/h。因低速車運(yùn)行速度低，車體振動(dòng)頻率低，對(duì)于車間縱向減振要求不高，以低速通過(guò)線路來(lái)研究車間縱向減振器的作用意義不大。文中的兩項(xiàng)研究?jī)?nèi)容緊密相關(guān)，第1項(xiàng)的研究結(jié)論為第2項(xiàng)的研究基礎(chǔ)，必須依次進(jìn)行仿真。

1.2 車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證

CRH2型動(dòng)車組的車輛組成為“T-M-M-M-M-M-M-T”結(jié)構(gòu)，因此所建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型有兩種，分別為頭車拖車、中間動(dòng)車，所建模型均為剛體模型，其中拖車由1個(gè)車體，2個(gè)構(gòu)架，4條輪對(duì)，8個(gè)軸箱組成，軸箱與構(gòu)架通過(guò)一系懸掛連接，構(gòu)架與車體通過(guò)二系懸掛連接，車體、構(gòu)架、輪對(duì)各有6個(gè)自由度，軸箱只有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此共50個(gè)自由度；動(dòng)車含有傳動(dòng)系統(tǒng)，為62個(gè)自由度。各懸掛元件均簡(jiǎn)化為相應(yīng)的力元進(jìn)行建模，主要非線性參數(shù)如表1、表2、表3所示。車輛的動(dòng)力學(xué)拓?fù)潢P(guān)系如圖1所示，在SolidWorks中建立車體、構(gòu)架、軸箱等部件的三維模型后，通過(guò)SW-UM接口導(dǎo)入到UM-input中進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立，在input模塊中建立車輛動(dòng)力學(xué)模型。

表1 抗蛇行減振器阻尼特性

表2 橫向止擋力特性

表3 一系垂向減振器阻尼特性

圖1 車輛動(dòng)力學(xué)拓?fù)潢P(guān)系

車輛動(dòng)力學(xué)模型建立完成后，通過(guò)非線性臨界速度和平穩(wěn)性指標(biāo)驗(yàn)證所建模型的正確性。將模型保存并在UM-simulation中打開，設(shè)置輪軌接觸關(guān)系，車輪踏面采用LMA磨耗型踏面，無(wú)車輪不圓順，鋼軌采用CN-60鋼軌，計(jì)算非線性臨界速度和平穩(wěn)性指標(biāo)時(shí)采用直線路況。運(yùn)用kalker滾動(dòng)接觸理論，采用FASTSIM計(jì)算蠕滑力，軌底坡為0.025，踏面坐標(biāo)系原點(diǎn)距軌道坐標(biāo)系原點(diǎn)距離為6.05 mm，不平順采用UIC_good_1 000 m，如圖2所示。

圖2 UIC_good_1 000 m不平順

計(jì)算得到非線性臨界速度為507.5 km/h，CRH 380A型動(dòng)車組最高試驗(yàn)速度為486.1 km/h，二者較為接近。在轉(zhuǎn)向架中心上方車體地板上橫向距離車體縱向中心線1 m的位置設(shè)置加速度傳感器，將測(cè)得的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和橫向平穩(wěn)性指標(biāo)隨速度變化如圖3所示，平穩(wěn)性指標(biāo)隨著運(yùn)行速度的增加而增加，符合一般情形及GB 5599-85[16]中的相關(guān)規(guī)定，說(shuō)明所建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型具有一定的可靠性，可以用作列車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立及列車動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。

1.3 列車動(dòng)力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證

單車動(dòng)力學(xué)模型建立完成并驗(yàn)證其可靠性后，通過(guò)車鉤緩沖裝置將各個(gè)拖車和動(dòng)車組成一列。車鉤緩沖裝置的安裝位置為車體端部縱向中心線距軌面高1 m處，為密接式車鉤。在以往的列車縱向動(dòng)力學(xué)研究中，往往將一節(jié)車作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，只研究其縱向一個(gè)自由度，因此考慮3D鉤緩以提高其準(zhǔn)確性，但在文本研究中，所有車輛模型均為三維模型，自由度數(shù)較多，因此使用一維鉤緩但保留其6個(gè)自由度，在提高仿真精度的同時(shí)減少計(jì)算量。

圖3 平穩(wěn)性指標(biāo)隨速度變化

在UM軟件中，有多種力元可以模擬車鉤的作用，采用special forces中的bushing力元模擬，因關(guān)于車間縱向減振器的研究分為兩個(gè)部分，首先研究車間縱向減振器存在的必要性，然后確定其最佳安裝位置，所以在初次建立列車動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，參考文獻(xiàn)[5-6]中關(guān)于CRH380B的研究成果，初步將減振器的安裝位置定為縱向與車鉤連接點(diǎn)平齊，垂向與車鉤連接點(diǎn)等高，橫向偏離車體縱向中心線1 m處。與車鉤的作用類似的，在UM中亦有多種力元可以模擬減振器的作用，采用bipolar force力元模擬，車間縱向減振器節(jié)點(diǎn)剛度定為1×108N/m，減振器阻尼為1 000 N·s/m。按照以上要求建立的列車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖4所示，因列車拓?fù)潢P(guān)系與車輛拓?fù)潢P(guān)系僅差一個(gè)鉤緩及車間縱向減振器，為控制篇幅，故不再圖示。

圖4 列車動(dòng)力學(xué)模型

列車從頭車開始依次編號(hào)為1～8號(hào)，鉤緩依次編號(hào)為1～7號(hào)，在直線工況下進(jìn)行列車啟動(dòng)至平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)仿真，結(jié)果顯示如圖5，車鉤力正值為壓縮力，負(fù)值為拉伸力，1、8號(hào)車為拖車，2、3、4、5、6、7號(hào)車為動(dòng)車，因此平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)1號(hào)車鉤受壓縮力，7號(hào)車鉤受拉伸力，前4輛車為一個(gè)動(dòng)力單元，后4輛車為一個(gè)動(dòng)力單元，4號(hào)車鉤不受力。由此可知列車動(dòng)力學(xué)模型可靠性較高，可用于后續(xù)仿真計(jì)算。

圖5 列車平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)車鉤力

2 仿真過(guò)程及結(jié)果分析

2.1 有無(wú)車間縱向減振器對(duì)列車動(dòng)力學(xué)性能的影響

2.1.1穩(wěn)定性分析

首先對(duì)無(wú)車間縱向減振器列車采用單參數(shù)速度掃描法確定列車的非線性臨界速度，如圖6(a)所示，列車非線性臨界速度為539 km/h，較單車仿真時(shí)非線性臨界速度有小幅度提升，說(shuō)明是由于鉤緩的作用，加強(qiáng)了車輛間的耦合，提高了列車的穩(wěn)定性。然后對(duì)有車間縱向減振器列車采用單參數(shù)速度掃描法確定列車的非線性臨界速度，如圖6(b)所示，有車間減振器列車的非線性臨界速度為645 km/h，由此可見，加裝車間縱向減振器可大幅度提高列車直線運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.1.2平穩(wěn)性分析

有無(wú)車間縱向減振器的平穩(wěn)性對(duì)比，列車仿真速度為380 km/h，勻速運(yùn)行，仿真線路長(zhǎng)度為1 000 m，加UIC_good不平順，直線路況，平穩(wěn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要采用Sperling指標(biāo)，在車體地板上轉(zhuǎn)向架橫向中心線位置，距離車體縱向中心線1 m處設(shè)置加速度傳感器，測(cè)量車體的垂向和橫向加速度，測(cè)得加速度后使用Sperling統(tǒng)計(jì)函數(shù)進(jìn)行處理，得到如圖7所示的垂向及橫向平穩(wěn)性指標(biāo)。平穩(wěn)性指標(biāo)分級(jí)如表4所示，根據(jù)圖7及表4內(nèi)容，可以看出，不加車間縱向減振器時(shí)，列車中有3輛車的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)大于2.5，超出了平穩(wěn)性等級(jí)1級(jí)的規(guī)定，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖3中單車時(shí)的平穩(wěn)性指標(biāo)，這是由于組成列車后，車輛間由鉤緩連接在一起，車輛的振動(dòng)通過(guò)鉤緩傳給相鄰車輛而鉤緩裝置不足以吸收、衰減振動(dòng)，導(dǎo)致車輛不僅受到線路的激擾還受到來(lái)自鄰車的激擾，平穩(wěn)性指標(biāo)增大。加裝車間縱向減振器后，車間懸掛裝置的容量增大且減振器的安裝節(jié)點(diǎn)與鉤緩節(jié)點(diǎn)不重合，當(dāng)車輛產(chǎn)生搖頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，縱向減振器可以吸收能量，并且產(chǎn)生復(fù)原力矩，降低振幅，從而減少傳導(dǎo)給鄰車的振動(dòng)。由此可以得出結(jié)論，加裝車間縱向減振器，可以提高列車直線運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性。在列車中2號(hào)、3號(hào)車的平穩(wěn)性指標(biāo)最差，5號(hào)車的平穩(wěn)性指標(biāo)最好，原因是2號(hào)、3號(hào)車為動(dòng)力車，在運(yùn)行過(guò)程中由于線路不平順，車輪受到高頻變化的蠕滑力作用再加上前車和后車傳來(lái)的激擾，使得車輛振動(dòng)加劇，5號(hào)車處于正中間，受到列車的甩尾效應(yīng)和前后車傳來(lái)的激擾最小，因此平穩(wěn)性最好，6號(hào)、7號(hào)車較5號(hào)車平穩(wěn)性指標(biāo)上升與2號(hào)、3號(hào)車同理。

圖6 列車非線性臨界速度

圖7 列車平穩(wěn)性指標(biāo)

2.1.3曲線通過(guò)性能分析

主要通過(guò)考察輪軌橫向力、磨耗指數(shù)、脫軌系數(shù)3個(gè)參數(shù)，來(lái)研究機(jī)車車輛的動(dòng)力曲線通過(guò)能力。輪軌橫向力為軌道作用在車輪上沿軌道坐標(biāo)系y方向的總橫向力，N；磨耗指數(shù)為輪軌摩擦力的功率，W；計(jì)算方法如式(1)所示W(wǎng)，脫軌系數(shù)采用Nadal標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，計(jì)算方法如式(2)所示。文中主要考察列車中每輛車的一位輪對(duì)的參數(shù)，曲線參數(shù)上文1.1.1線路設(shè)置中已經(jīng)說(shuō)明，此處不再贅述。

表4 車輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)與等級(jí)

(1)

式中：v為輪軌相對(duì)滑動(dòng)速度，τ為輪軌接觸的切向力。(注：此處輪軌接觸的切向力不同于輪軌橫向力)

(2)

式中：Q為輪軌橫向力，P為輪軌垂向力，N為鋼軌對(duì)車輪的法向反力，T為鋼軌對(duì)車輪的切向反力，α為接觸角。

圖8～圖10分別表示有無(wú)車間縱向減振器對(duì)磨耗指數(shù)、脫軌系數(shù)、輪軌橫向力的影響，可以看到，加裝車間縱向減振器之后，增大了列車通過(guò)曲線時(shí)的輪軌磨耗，而對(duì)于脫軌系數(shù)影響不大，但降低了列車通過(guò)曲線時(shí)的輪軌橫向力。

圖8 有無(wú)車間減振器磨耗指數(shù)

由圖8和圖10可以看出，在加裝車間縱向減振器后，出現(xiàn)了磨耗增大但是輪軌橫向力小幅減小的情況，在UM中，磨耗指數(shù)的計(jì)算是基于接觸點(diǎn)的切向力，接觸點(diǎn)不同，切向力角度就不同，每個(gè)接觸點(diǎn)的法向力和切向力在軌道橫向和垂向都有分量。研究磨耗主要是從接觸點(diǎn)接觸斑分析，并不是總體的輪軌作用，因此，在仿真計(jì)算中，出現(xiàn)輪軌橫向力減小的同時(shí)，磨耗增大的情況是有可能的。

通過(guò)以上分析列車通過(guò)曲線時(shí)3個(gè)重要?jiǎng)恿W(xué)指標(biāo)的仿真分析，可以看出，加裝車間縱向減振器可以大幅度提高列車直線運(yùn)行的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性，小幅降低列車曲線運(yùn)行的輪軌橫向力，增加輪軌間磨耗指數(shù)，但考慮到速度380 km/h的列車運(yùn)行的線路曲線半徑一般都大于7 500 m，且基本都是直線線路，因此，可以得出結(jié)論，加裝車間縱向減振器可以提高列車動(dòng)力學(xué)性能。

圖9 有無(wú)車間減振器脫軌系數(shù)

圖10 有無(wú)車間減振器輪軌橫向力

2.2 車間縱向減振器的最佳安裝位置研究

車輛端部有通過(guò)臺(tái)需要占用很大空間，所以車間縱向減振器的安裝位置是十分有限的，如圖11所示，僅陰影部分可安裝車間縱向減振器，垂向定位尺寸以軌面為基準(zhǔn)，橫向定位尺寸以垂向中心線為基準(zhǔn)。UM中僅可支持雙參數(shù)掃描，在求非線性臨界速度過(guò)程中，出現(xiàn)了速度、垂向位置、橫向位置3組變量，無(wú)法進(jìn)行掃描，因此只能逐位置進(jìn)行計(jì)算，為減少計(jì)算量，規(guī)劃出如表5所示的16種計(jì)算位置，由于減振器對(duì)稱布置，因此只列出了一側(cè)的坐標(biāo)。

表5 掃描計(jì)算位置

圖11 端墻

2.2.1穩(wěn)定性分析

根據(jù)上面規(guī)劃的16處車間縱向減振器安裝位置，分別計(jì)算出各個(gè)安裝位置時(shí)的非線性臨界速度，繪制非線性臨界速度受安裝位置影響圖，如圖12，由圖中數(shù)據(jù)可以看出，非線性臨界速度受安裝高度影響不大，但是隨著安裝位置橫向跨距的增大，非線性臨界速度明顯增大，說(shuō)明車間縱向減振器安裝位置橫向跨距越大，列車在直線運(yùn)行時(shí)越穩(wěn)定，這是因?yàn)檐囬g減振器橫向跨距越大，當(dāng)車輛發(fā)生搖頭運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻尼力矩越大，從而抑制車輛搖頭的效果越好，與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一致。

2.2.2平穩(wěn)性分析

平穩(wěn)性的仿真計(jì)算采用了雙參數(shù)掃描的方法，采用表5確定的車間縱向減振器安裝位置橫向跨距之半作為縱坐標(biāo)，安裝高度作為橫坐標(biāo)，分別以橫向平穩(wěn)性指標(biāo)和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)作為垂坐標(biāo)，取8輛車中最不平穩(wěn)的一輛車的數(shù)據(jù)，分別作出橫向平穩(wěn)性和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)隨安裝位置變化的三維坐標(biāo)圖，如圖13和圖14所示。

圖12 非線性臨界速度受安裝位置影響

仿真計(jì)算時(shí)采用雙參數(shù)掃描，橫向有4組，垂向有7組，排列組合共28組，但是因?yàn)槎碎T處無(wú)法安裝，因此需要在端門的坐標(biāo)處取平穩(wěn)性數(shù)值大于其他坐標(biāo)處的數(shù)值來(lái)繪圖，以方便區(qū)分，此處取為4，除去端門處設(shè)置為4的12組數(shù)據(jù)，其余16組數(shù)據(jù)橫向平穩(wěn)性指標(biāo)全部小于2.5，其中最大值為2.17，發(fā)生在坐標(biāo)(±0.1 m,0.8 m)處，最小值為2.12，發(fā)生在坐標(biāo)(±1.6 m,3.3 m)處；16組垂向平穩(wěn)性數(shù)值亦全部小于2.5，其中最大值為2.42，發(fā)生在坐標(biāo)(±0.1 m,0.8 m)處，最小值為2.36，發(fā)生在坐標(biāo)(±1.6 m,3.3 m)處。由此可以看出，車間縱向減振器的安裝位置對(duì)平穩(wěn)性指標(biāo)影響不大，安裝位置越遠(yuǎn)離中心點(diǎn)，平穩(wěn)性指標(biāo)越小，越平穩(wěn)。

圖13 橫向平穩(wěn)性

2.2.3曲線通過(guò)性能分析

采用2.1.3中相同的線路和參數(shù)，通過(guò)與2.2.2中類似的方法進(jìn)行掃描和數(shù)據(jù)處理，因端門處無(wú)法安裝車間縱向減振器，且此3個(gè)指標(biāo)均為越小越好，因此在繪圖時(shí)，將端門處的12組數(shù)據(jù)用大于其他位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行代替，以便于繪圖。磨耗指數(shù)用3 000代替得到圖15，脫軌系數(shù)用0.2代替得到圖16，輪軌橫向力用750代替得到圖17。此處的3 000、0.2、750并無(wú)實(shí)際意義，僅為方便繪圖、讀圖。由這3張圖及數(shù)據(jù)可知，磨耗指數(shù)最大值與最小值之間相差7%，最小值在坐標(biāo)(±1.6 m,3.3 m)處，車間縱向減振器的安裝位置對(duì)于脫軌系數(shù)幾乎沒有影響，最大值與最小值僅相差1.8%，最小值在坐標(biāo)(±1.6 m,3.3 m)處，輪軌橫向力最大值與最小值之間相差7%，最小值在坐標(biāo)(±1.6 m,3.3 m)處。數(shù)據(jù)還顯示，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于橫向跨距的變化比較敏感，而對(duì)于安裝高度不是很敏感。

通過(guò)對(duì)穩(wěn)定性、平穩(wěn)性以及曲線通過(guò)性能3項(xiàng)指標(biāo)的研究，數(shù)據(jù)中顯示結(jié)果為安裝在端墻上方兩角，且動(dòng)力學(xué)性能對(duì)安裝高度變化不敏感，考慮到車頂及側(cè)墻沒有縱向支撐梁以及車頂需要安裝風(fēng)擋的空間和安裝、檢測(cè)、檢修的需要，車間縱向減振器的最佳安裝位置應(yīng)為與車鉤等高的橫向跨距最大處，即坐標(biāo)(±1.6 m,1 m)處。

圖14 垂向平穩(wěn)性

圖15 安裝位置磨耗指數(shù)

圖16 安裝位置脫軌系數(shù)

圖17 安裝位置輪軌橫向力

3 結(jié) 論

以CRH2型動(dòng)車組列車的動(dòng)力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，建立了6動(dòng)2拖8輛編組的高速動(dòng)車組列車模型，考慮了踏面與軌頂面形狀、線路不平順、曲線路況等因素，將是否加裝車間縱向減振器及其最佳布置位置作為研究方向，通過(guò)仿真計(jì)算從列車運(yùn)行的穩(wěn)定性、平穩(wěn)性及曲線通過(guò)性能3方面的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析考量。研究表明，在列車最佳布置位置加裝合理參數(shù)的車間縱向減振器能加強(qiáng)車輛間的耦合，有利于提高列車的整體動(dòng)力學(xué)性能。研究主要結(jié)論如下：

(1)加裝車間縱向減振器加強(qiáng)了車輛間的耦合，有效提高了列車直線運(yùn)行時(shí)的非線性臨界速度。

(2)加裝車間縱向減振器可在車輛產(chǎn)生搖頭運(yùn)動(dòng)時(shí)吸收能量并產(chǎn)生復(fù)原力矩，降低振幅，從而有效降低車體搖頭運(yùn)動(dòng)，提高列車直線運(yùn)行穩(wěn)定性。

(3)通過(guò)對(duì)輪軌橫向力、磨耗指數(shù)、脫軌系數(shù)3項(xiàng)參數(shù)的考察得出，加裝車間縱向減振器有效地降低了列車通過(guò)曲線時(shí)的輪軌橫向力，對(duì)于脫軌系數(shù)沒有影響，增加了磨耗指數(shù)。

(4)通過(guò)對(duì)車間縱向減振器安裝在不同位置時(shí)列車動(dòng)力學(xué)性能的研究得出其最佳安裝位置為車體底架端部左右兩側(cè)，與車鉤中心線等高，橫向跨距3.2 m處。

綜上所述，是否加裝車間縱向減振器對(duì)列車的穩(wěn)定性、平穩(wěn)性及曲線通過(guò)性能有一定的影響。在列車最佳安裝位置加裝車間縱向減振器能有效提升列車的整體動(dòng)力學(xué)性能。