某型号高速动车组运行过程中,尾车在新轮状态时出现持续晃动,但反向作头车运行时却不晃动.针对此问题,开展了不同线路表面状态下的车辆晃动特征测试,从悬挂系统振动传递特性、轮轨匹配状态,以及关键零部件性能检测等方面着手,确定了车体产生晃动的原因.结果 表明,尾车横向晃动始于车辆高速通过个别道岔时刻,晃动发生后只能通过降速消除;将车轮踏面镟修为磨耗后踏面,能够显著缓解尾车晃动;晃动车辆抗蛇行减振器的静态阻尼力值偏大近100％,动态刚度亦偏大.基于车辆晃动机理,确认导致车辆晃动的激扰源于轮轨激励,即新轮与道岔处实际轮轨匹配等效锥度偏低,导致转向架蛇行频率与尾涡效应引起的车体摇头、滚摆模态频率相近;车辆二系回转刚度异常增大时,车辆晃动敏感性提高.经试验验证,提出通过控制抗蛇行减振器动态刚度进而降低车辆晃动敏感性的解决措施.

自适应高速转向架动态设计以整车稳定性态分析图引领转向架参数优配,能够彻底消除"一次蛇行"或其他类似现象,并以十分充裕的安全稳定裕度兼顾轮对自稳定性和回转阻力矩有效性.为了满足正则摄动问题的运动一致性或模型有效性的前提条件,整车稳定软件分析流程严格遵循设计模态分析规则.为了避免正则摄动转变为奇异摄动,利用拓扑关系图不断对仿真模型进行精细化处理,并采用基于2阶差分技术的Newmark算法提高计算效率.通过两个应用案例对自适应快速/高速转向架的综合评估表明,新车状态下车体摇头轻微晃动有助于车轮踏面形成均匀磨耗,前后电机组合弹性架悬更有利于降低蛇行参振质量.

目的 为满足高速列车关键部件的轻量化需求,开发高性能铸造铝合金.方法 熔炼铸造了低锌、低镁且含微量钪的Al-5.78Zn-1.63Mg-1.75Cu-0.17Zr-0.22Sc(质量分数)合金,对合金实施了双级均匀化处理及"固溶+时效"(T6)工艺,结合光镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及透射电镜(TEM)多种分析测试手段,对比研究合金在铸态、均匀化态及T6处理态下的微观组织特征,重点关注了析出相的演变,并通过室温拉伸性能实验测试合金的力学性能.结果 铸态合金中的析出相以粗大的Mg(Zn,Cu,Al)2相为主,且分布于晶界或枝晶界,在室温拉伸过程中粗大的Mg(Zn,Cu,Al)2相割裂基体,造成合金在弹性变形阶段的脆断,基本无伸长率;双级均匀化处理后,晶界及枝晶间的第二相明显减少,晶内析出了大量的针状相Mg(Zn,Cu,Al)2,而T6处理后,晶内针状相基本消失,时效过程中析出以η'-MgZn2相为主的高密度弥散分布纳米析出相,其平均尺寸为(9.2±0.9)nm,相比于铸态,T6处理后合金的抗拉强度从417 MPa提高到577 MPa,且展现出一定的伸长率.结论 T6处理后合金中析出相由粗大的针状相转变为高密度弥散分布纳米析出相,该析出相可在变形过程中有效钉扎位错,从而提高合金力学性能.

高速列车长期服役跟踪测试发现,电机弹性架悬高速转向架蛇行频率随运行里程增加存在跳变现象.为了探明其原因,建立电机弹性架悬转向架横向动力学模型,研究等效锥度变化对蛇行频率的影响.通过系统特征值根轨迹分析对该现象进行机理性研究,并利用时域仿真进行数值验证.分析电机架悬参数对蛇行频率跳变特征的影响,揭示蛇行频率跳变的存在条件.研究结果表明,电机横移频率过小或过大,转向架蛇行频率跳变现象消失;电机横移阻尼比过大,转向架蛇行频率跳变现象也会消失.当电机架悬参数满足蛇行频率跳变条件时,电机横移频率和阻尼比对蛇行频率跳变时的临界等效锥度、频率跳变幅值等有较大影响.

为了抵御更加强劲的流固耦合效应,高速转向架改用抗侧滚扭杆上置且固定简支安装方式,其对有害磨耗踏面形成机理会产生不容忽视的次要因素影响.安全稳定裕度不充裕是有害磨耗踏面形成的根本原因,实际滚径差RRD过零点不连续性使轮对重力刚度部分丧失了恢复力反馈响应.以抗侧滚扭杆上置为例,杆系计算分析结果表明:固定/浮动简支对车体侧滚刚度贡献分别增强至14.3/10.8 MN·m/(°).高速晃车会因此造成踏面中央集中磨耗累计并使钢轨走行光带拓宽,最终演变成为凹坑磨耗.因而自适应高速转向架应该根据抗蛇行宽频带吸能机制,轮轨匹配条件遵循统一规范原则,以十分充裕的安全稳定裕度来确保轮对自稳定性和回转阻力矩有效性,从而让抗侧滚扭杆装置发挥其正常功能.

As a component of servicing car body, the internal interfaces of aluminum alloy carbody include all connections of equipments hanged under floor and mounted on roof, which are expected to form the weak coupling relationship. For an imported prototype with primary hunting phenomenon, a dynamical design methodology of speeding-up bogies was proposed. The analysis graph of full-vehicle stability properties and variation patterns is used to clarify a self-adaptive improvement direction, i.e., λeN ≥ λemin, and λemin = (0.03–0.05). Therefore, the central hollow tread wear can be self-cleaned in time or regularly by crossing over the dedicated lines of different speed-grades. The modified strategy with strong/weak internal interface transaction of servicing car body was furthermore formulated based on the dynamical condensation method of component interface displacements. The causal relationship between bogie vibration alarm and car body fluttering phenomenon was then demonstrated by using techniques of rigid-flex coupling simulation. The self-excited vibration of traction converter intersects with the unstable hunting oscillation, ca. 9.2/9.3 Hz, which is consistent with the conclusions of tracking-test investigations on two car body fluttering formations. The technical space to promote the construction speed is thereby lost completely because of ride comfort decline, unsafe vibration of onboard electrical equipments, and weld fatigue damage of aluminum alloy car body. However, the rigid-flex coupling simulation analyses of trailer TC02/07 confirm that the safety threshold of bogie vibration warning can be appropriately increased as long as the lateral modal frequency of traction converters is greater than 12 Hz, preferably close to 14 Hz.

研究了轴箱横向载荷高精度测试方法,将经过标定的轴箱安装于运用车辆,获得了载荷-时间历程,结合车辆运行状态分析了在高速线路典型服役条件下的载荷特性,编制了对应于进出站工况、低速运行、高速运行的恒幅载荷谱.研究结果表明:轴箱横向载荷影响因素主要为列车运行速度、曲线半径、道岔、轨道不平顺;运行中普遍存在着相对固定且与车辆运行速度无关的2 Hz的低载荷主频;对于大于5 Hz的频率,载荷主频与列车的运行速度直接相关,曲线通过时内轨侧轴箱载荷变化幅值稍大于外轨侧,且载荷均值以及最大载荷幅值均随列车运行速度的增大而增大;曲线半径增大的同时横向载荷均值逐渐接近于0,最大载荷幅值也逐渐减小;进出站道岔会造成横向载荷出现约10 s的一次波动,同时包含短时间冲击载荷;横向轨道不平顺会造成轴箱横向载荷在通过相应区间时出现多个大幅波动,随着运行速度的增加,波动周期缩短,峰值减小;进出隧道对横向载荷影响不明显;对于不同运行工况下的载荷谱,进出站工况载荷幅值最大,作用频次占很少部分;低速运行载荷幅值次之,作用频次占比约为1/3,高速运行载荷幅值最小,作用频次占比达到60％以上.

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式,在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡,首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率,从而避免引起车体弹性模态共振;考虑悬挂参数和轮轨接触非线性,建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型,通过悬挂模态计算和动力学时域仿真,分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律;基于将电机作为动力吸振器的原理,优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼;考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素,组合400种轮轨随机匹配状态,仿真分析了动车的动力学性能;开展动车组长期线路动力学跟踪试验,研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明:牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值,说明电机起到了动力吸振器的作用;将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性,具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h -1 ;动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近,远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz,避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振;动车组在轨道随机不平顺激扰下,构架端部横向加速度小于0.5g,平稳性指标小于2.5,轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。

7N01铝合金是高速列车车体关键材料,生产中往往需要在各种不同焊接位置条件下进行焊接,接头对不同位置的适应性是决定实际生产工艺设计的关键.采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)方法,利用高速列车现行焊接工艺,制备了高速列车结构材料7N01的平焊接头、仰焊接头及立向上焊接头,观察接头宏观形貌,研究不同位置条件下焊接接头的组织与性能,分析不同焊接位置对接头性能的影响.结果表明:不同焊接位置的焊接工艺均能保证得到优质的焊接接头,在PA位置条件下接头抗拉强度最高.

针对我国自主研发的某型高速列车行驶过程中发生轴箱轴承温度预警情况,探讨轴箱轴承的产热和传热计算,提出一种基于各滚动体受力大小的局部热源加载方式,利用ANSYS中Fluent模块建立轴箱轴承温度场有限元仿真模型和进行稳态温度场分析,并根据列车线上实测数据加以验证.结果表明:测温孔温度仿真值与实测值的误差为0.33％;轴箱箱体温度最高点位于轴箱测温孔部位;轴承温度由上而下成梯度递减,轴承顶端滚动体与内圈的接触区、两轴承内圈接触区上部温度较高.研究结果为深入研究列车运行工况参数对轴箱轴承温度场的影响规律、摸清轴箱轴承温度预警原因奠定了基础.

安全稳定裕度不充裕是高速轮轨有害磨耗形成的一个主要相关影响因素,其与轮轨关系并无十分明显的相关性影响.如ICE3系列转向架原型及改进设计,一次蛇行导致不合理的轮轨匹配条件,λeN=0.166.动态仿真分析表明:在特定的(非)结构摄动影响下,如侧风对车体扰动或钢轨打磨处理累计误差,λe<0.10,一次蛇行转变为二次蛇行并发生瞬间高速晃车现象,因而车轮磨耗指数呈现十分明显的V字型分布形态.考虑到直线运行或大半径曲线通过,车轮踏面将会逐渐形成凹坑磨耗.车轮自旋蠕滑奇异性是磨耗轮轨不良接触所造成的主要有害影响之一,进而导致转向架振动报警或抖车故障.在新建有砟/无砟铁路服役条件下,轮轨滚动接触不均匀磨耗影响会在整个铁路网内不断扩大.

二系横向止挡作为轨道车辆转向架二系悬挂关键零部件,对车辆动力学性能有一定影响,其刚度特性对高速列车曲线通过时的舒适性影响较大.对采用不同刚度特性参数的二系横向止挡的动车组,在线路不同曲线条件下进行试验,通过分析高速动车组平稳性、稳定性和安全性指标的变化规律,研究二系横向止挡刚度特性对高速动车组动力学性能的影响.线路试验结果表明,止挡刚度对车体的横向振动加速度影响较大,而对转向架稳定性及轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微.

基于台架试验和线路试验,研究了润滑脂的类型、填充量及其在滚道区域的分布对高速动车组轴箱轴承温度的影响,分析了润滑脂对轴箱轴承温度影响的关键因素,结果表明:高速动车组轴箱轴承应选用低黏度的润滑脂并关注轴承密封性;润滑脂填充量占自由空间的比例为19％～21％可保证轴承充分润滑,降低轴承全寿命周期成本;轴承内部润滑脂的分布状态会影响轴箱轴承的温度状态,应予以重视.

基于三维不可压缩Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对350 km/h高速动车组明线运行转向架周围空气流场进行数值分析,采用离散相模型对路面积雪引起的转向架风雪两相流流场进行数值研究.结果 表明,转向架周围流场存在的大量空气涡流,影响了转向架周围的空气压力分布.转向架表面的雪花颗粒黏附堆积情况与转向架的安装位置及其周围的空气流场压差有关.中间车第一个转向架颗粒黏附数量最多,尾车第二个转向架黏附数量最少.通过优化转向架周围的裙板结构,转向架周围的空气压力有明显变化,转向架周围垂向方向空气压力差有减小趋势,转向架表面及前后导流板雪花颗粒黏附堆积数目比原方案降低了51.03％.

通过对标准动车组车轮踏面磨耗进行跟踪测试,分析总结实测车轮踏面外形和与标准TB60钢轨匹配的轮轨接触几何关系变化规律.讨论不同速度和线路条件下车轮多边形发展演变规律.结果 表明:车轮踏面磨耗深度与运营里程基本呈线性关系;轮缘损失量达到2.7 mm后,轮缘不再发生磨损.镟后27.3万公里在名义滚动圆处出现大于0.2 mm的凹坑磨损现象.凹坑磨损会导致接触点对分布在凹坑两侧,轮对的等效锥度增大较快.在580 Hz附近,转向架轮对和构架存在模态耦合共振问题,在350 km/h和300 km/h速度工况下分别形成16、17边形和19、20边形,在哈大线运行时形成的12、14、22和23边形对应351 Hz、410 Hz、643 Hz和672 Hz的振动频率,可能与轨道系统固有特性有关.

针对某高速动车组轴箱轴承易发生温升预警的问题,分析了轴承温度对保持架磨损的影响及保持架磨损对轴承温度的影响.确定保持架磨损原因为轴承温升异常使保持架膨胀,引起保持架和外圈挡边发生全接触,从而导致保持架产生异常磨损.分析认为:在保证轴承使用性能的前提下可适当增大保持架的引导间隙,以减少保持架磨损.

Under the prerequisite of relevant professional regulations,the technical managements of wheel-rail relation for high-speed rails should derstand clearly the technical advantages of small creepage solution, and the following two technical difficulties can be dealt with by applying the Dynamical Design Method(DDM),i. e.wheelset self-stability problem of RSS bogie and instability hunting oscillation correction of RFS bogie,by which the economic and safety designs and innovative features of their correlative techniques can be offered furthermore.Both line tests and simulation analyses indicate that the wheel spin singularity is one of the impor-tant factors to cause the discontinuous or uneven wear of wheel-rail rolling contacts, which is independent of railway operation modes, like special train lines, passenger dedicated lines or mixed transportation lines of passenger and freight.According to the working principles of mono-/dual-circulations, the dynamical feature of anti-yaw parallel configuration has the similarity to the lead-lag correction, and by applying this similarity the improved parameter configuration was formulated.E.g.the ICE3 improved design can promote its limited velocity to 480 km/h based on the rational technical conditions of wheel-rail matching so as to from the com-plementarity of rail wears implemented by both rapid and high-speed rail practices.

Referring to interior noises occurring in running high-speed EMUs, the order analysis method was used to compare with measured data. The influence of out-of-round wheel characteristics on interior noises was studied mainly from the prospective of the relation between interior noise characteristics and out-of-round wheels. The research results show as follows: The interior noise frequencies and the polygon order of wheels are of correspondence relationship; when the interior noise frequency lies between 25-100 Hz and 560-710 Hz, the loudness of noises is great and the corresponding out-of-round wheel orders are about 1-3 and 18-20.

Gearbox is the key part of the power source for bogie of high speed train,and gearbox vibration feature is one of the key problems of bogie vibration transmission. Through the comparative study on two different forms of gear box,the authors analyze the vibration transmission characteristics on different measuring points,enumerate the characteristics of the vertical vibration acceleration in frequency domain in different points under the same operation condition. The vibration characteristics of gear box B are tested under high frequency response conditions, vibration transmission characteristics from axle box to gear box is obtained by the above analysis. The authors point out that the meshing frequency characteristics of high frequency has bigger influence on the vibration of gear box. This provides reference for improving the quality of gear box.

建立了多刚体和刚柔耦合车辆系统动力学模型,对比研究了考虑车体弹性振动与否对车辆系统动力学性能的影响.结果表明,考虑车体弹性振动后,低速车辆的动力学性能变化较小,而高速车辆的动力学性能变化较大,且主要体现在旅客乘坐舒适度方面.此外,为了降低高速车辆车体弹性振动,还进行了转向架悬挂参数的优化匹配研究.结果表明,优选一系、二系垂向阻尼和减小抗蛇行减振器安装角度都可以降低车体弹性振动.