1.引言

多體動力學(xué)軟件SIMPACK具有良好的開放性和靈活性，可以方便地搭建自由度數(shù)量大、層次多、剛?cè)狁詈系亩喙?jié)貨車車輛的動力學(xué)仿真模型。按照裝載加固方案，50m長鋼軌鐵路運輸車組，由放置了兩層共20根50m長鋼軌的非洲某國的四節(jié)窄軌貨車組成，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)與常見貨車轉(zhuǎn)向架有很大的不同。同時，車輛運行線路是米軌線路，線路在曲線半徑、超高、緩和曲線和夾直線等方面，很有特色，與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)軌距的鐵路線路有巨大的差異。

 

在考慮車輛和線路等各個方面特點的基礎(chǔ)上，依據(jù)GB5599-1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》，從直線和曲線運行等方面對其動力學(xué)性能進行評估進行評價。

 

2.50m 長鋼軌鐵路運輸動力學(xué)仿真模型

50m長鋼軌鐵路運輸車輛是四節(jié)非洲某國的窄軌貨車，車輛由車體、側(cè)架、搖枕、斜楔和輪對等組成。車輛模型參數(shù)如表1所示。

 

50m長鋼軌采用柔性梁結(jié)構(gòu)的方式建模，每2.5m建立一個節(jié)點，其截面參數(shù)見表2-2。圖1是利用SIMPACK/Rail模塊建立的寬軌車動力學(xué)模型

 

表 2-1 車輛模型參數(shù)

 

 

 

 

 

表 2-2 60kg/m 鋼軌截面參數(shù)

 

 

 

圖 1 50m 長鋼軌車輛動力學(xué)模型

 

3 評判標(biāo)準(zhǔn)及計算工況

3.1 評判標(biāo)準(zhǔn)

動力學(xué)安全性指標(biāo)取每車的第一軸。評判標(biāo)準(zhǔn)參照GB 5599－1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》的要求，見表3-1。其中輪軸橫向力按下式計算：

 

 

 

表 3-1 主要指標(biāo)

 

 

3.2 計算工況

動力學(xué)計算工況見表3-2。

 

表 3-2 計算工況

 

 

4 計算結(jié)果及分析

計算結(jié)果取輪軸橫向接觸力，輪重減載率和脫軌系數(shù)等動力學(xué)指標(biāo)，各項指標(biāo)均取最大值。

 

4.1 直線線路計算結(jié)果

按照直線運行計算工況，50m 長鋼軌鐵路運輸車輛動力學(xué)仿真模型，在直線線路上的計算

結(jié)果見表 4-1。

 

表 4-1 直線線路計算結(jié)果

 

 

當(dāng)以 30km/h 速度通過直線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 4.15kN，輪重減載率最大值 0.28，脫軌系數(shù)最大值為 0.36；當(dāng)以 40km/h 速度通過直線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 6.89kN，輪重減載率最大值 0.33，脫軌系數(shù)最大值為0.36；當(dāng)以 50km/h 速度通過直線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 7.77kN，輪重減載率最大值 0.36，脫軌系數(shù)最大值為 0.36。各項指標(biāo)均在評判標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

 

4.2 R150m 曲線線路計算結(jié)果

按照曲線 R150m 運行計算工況，50m 長鋼軌鐵路運輸車輛動力學(xué)仿真模型，在曲線線路

R150m 上的計算結(jié)果見表 4-2。

 

表 4-2 R150m 曲線線路計算結(jié)果

 

 

當(dāng)以 5km/h 速度通過 R150m 曲線線路（線路無激勵）時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 24.94kN，輪重減載率最大值 0.40，脫軌系數(shù)最大值為 0.49；當(dāng)以 10km/h 速度通過 R150m曲線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 24.39kN，輪重減載率最大值 0.43，脫軌系數(shù)最大值為 0.58；當(dāng)以 15km/h 速度通過 R150m 曲線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為24.78kN，輪重減載率最大值 0.42，脫軌系數(shù)最大值為 0.59。各項指標(biāo)均在評判標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

 

4.3 R300m 曲線計算結(jié)果

按照曲線 R300m 運行計算工況，50m 長鋼軌鐵路運輸車輛動力學(xué)仿真模型，在曲線線路R300m 上的計算結(jié)果見表 4-3。

 

表 4-3 R300m 曲線計算結(jié)果

 

 

 

當(dāng)以 20km/h 通過 R300m 曲線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 8.87kN，輪重減載率最大值 0.33，脫軌系數(shù)最大值為 0.42；當(dāng)以 30km/h 通過 R300m 曲線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 9.49kN，輪重減載率最大值 0.31，脫軌系數(shù)最大值為 0.42；當(dāng)以 40km/h通過 R300m 曲線線路時，裝載加固方案的輪軸橫向力最大值為 14.13kN，輪重減載率最大值 0.33，脫軌系數(shù)最大值為 0.41。各項指標(biāo)均在評判標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

 

5 結(jié)論

通過上述動力學(xué)仿真建模和分析可以得到以下結(jié)論：

1) 車輛和 50m 長鋼軌模型符合模型參數(shù)，可以體現(xiàn)真實情況；

2) 動力學(xué)仿真工況能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)罔F路線路的特點；

3) 整車的車輛動力學(xué)各項指標(biāo)計算結(jié)果均滿足我國 GB5599－1985《鐵道車輛動力學(xué)性能

評定和試驗鑒定規(guī)范》的評判標(biāo)準(zhǔn)；

4) SIMPACK 軟件不僅建模能力強，而求解速度快。

 

資料來源：達索官方