旋转止挡结构间隙对100%低地板有轨电车动力学性能的影响

2019-10-14秦舒

城市轨道交通研究 2019年9期

关键词：蛇行转向架车体

秦舒

(上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司，200125，上海//工程师)

城市轨道交通车辆止挡的作用越来越受关注。文献[1]分析了二系横向止挡对列车动力学性能的影响。为了提高有轨电车的运行舒适性和安全性，其走行部除了设置了横向止挡外，还设置了旋转止挡[2-3]。

本文研究了二系旋转止挡结构的动力学参数(包括刚度和间隙)对100%低地板有轨电车车辆动力学性能的影响，有助于优选止挡结构参数，改善车辆运行稳定性，为转向架设计提供参考。

1 100% 低地板有轨电车基本参数

本文研究的100% 低地板有轨电车采用5节编组(M1+F1+T1+F2+M2)，其编组顺序如图1所示。其中，M为动车，T为拖车，F为浮车体。车体之间采用铰接式结构。M1及M2各装配了1个小轮径的传统轮对转向架，T1装配了独立轮对转向架。

图1 100%低地板有轨电车编组示意图

有轨电车车辆的二系旋转止挡位于构架和车体之间，主要起到缓冲车体平面晃动的作用，以防止车体发生大角度转动。旋转止挡高度为100 mm，位于转向架侧梁旁，如图2所示。旋转止挡和车体间的初始间隙对列车的动力学性能有一定影响[6]。

图2 旋转止挡

本文采用SIMPACK软件对旋转止挡建模，进行仿真分析。在X方向上，根据旋转止挡特性曲线建立力元，如图3所示。

图3 X方向力元

在Y方向上，主要存在旋转止挡与车辆接触而产生的摩擦力。根据F=μ·N，在软件中设置力元测量正压力N及摩擦系数μ，即可完成摩擦力F的计算。

仿真线路条件为直线线路，长为10 000 m, 在40～80 m段线路上有正弦激励。仿真时间是100 s。

2 SIMPACK软件仿真分析

在SIMPACK软件中，根据已知的车辆参数，车体、轮对和转向架均按刚体处理，车间铰接用弹簧和阻尼器模拟，导入优化设计后的踏面离散点文件和Ri59R2槽型轨文件，设置有间隙(特定数值间隙)和无间隙(设置刚度处理)的条件，建立整车模型如图4所示。

图4 有轨电车SIMPACK模型

通过非线性临界速度的计算评判动车蛇行运行稳定性。非线性临界速度的计算将轮轨接触非线性、结构参数非线性、间隙及止挡等非线性因素考虑进来[7]。本文采用的非线性临界速度的计算方法为：截取一段长度为50 m的不平顺时域谱作为激扰，让有轨电车以一定的速度通过不平顺线路后，在直线线路上继续运行，通过各刚体位移的收敛和发散情况来判断机车是否失稳。

2.1 旋转止挡间隙选取

为了确定合理的旋转止挡间隙，在1.0～3.0 mm间每隔0.5 mm设置旋转止挡间隙，并分别对其稳定性指标进行仿真分析，结果如表1所示。

表1 旋转止挡间隙值不同时的列车稳定性指标

由表1可知：直线上旋转止挡间隙的设置对车体横移量影响不大，但对车体振动性能有很大影响；当旋转止挡的间隙为1.0～3.0 mm时，无论是横向振动加速度还是垂向振动加速度均呈减小趋势；其中，当旋转止挡间隙为2.0 mm时，横向振动Sperling指标均小于2.5，根据GB 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的要求，对应评定等级为优，车辆动力学性能最佳。因此，本文仅按旋转止挡设置2.0 mm间隙工况和不设置间隙工况，对车体发生一次蛇行运动的情况进行分析。