某动车车辆台架动力学性能试验研究

文华，陈天喜，龙华乐，吴威威，易兆祥

(株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

随着我国高速列车的飞速发展，对列车在道路上运行的安全性要求越来越高。转向架滚动振动试验台通过转动的轨道轮模拟车辆在线路上运行时的两条钢轨，同时通过对轨道轮单元的激振来模拟真实线路轨道的不平顺，可以完成对车辆的多项性能试验，充分了解和掌握车辆的性能，确保列车运行的安全性。抗蛇行减振器作为列车车辆悬挂系统中的重要部件，布置在转向架构架与车体之间，起到抑制车辆蛇行运动并且可以有效提高车辆蛇行运动失稳临界速度[1]。近年来，诸多学者针对抗蛇形减振器做了大量的研究，主要研究方向是关于抗蛇行减振器性能参数的变化对机车车辆动力学性能的影响[2-10]，并取得了有益的成果。但很少有学者去系统研究抗蛇形减振器不同的布置方式对机车车辆动力学性能的影响，因此对抗蛇形减振器不同布置方式进行试验研究是非常有意义的，具有较大的工程应用价值。

1 抗蛇形减振器的布置方式

某高速动车车辆转向架结构示意图如图1所示。现场试验时转向架1轴和2轴放置在滚动振动试验台的轨道轮上，如图2所示。抗蛇形减振器在车体与转向架构架之间布置方式主要有以下3种方式：靠近转向架1轴左右纵向对称布置(抗蛇形减振器布置在图1中2、4位置)；靠近转向架2轴左右纵向对称布置(抗蛇形减振器布置在图1中1、3位置)；靠近转向架1轴右侧和2轴左侧的纵向斜对称布置(抗蛇形减振器布置在图1中1、4位置)。本文将在转向架滚动振动试验台上对动车车辆转向架进行相应的动力学试验，研究抗蛇形减振器在上述3种布置方式下对车辆运行稳定性的影响。

图1 某高速动车车辆转向架结构示意图

图2 转向架置于滚振试验台现场试验图

2 试验内容及数据分析

2.1 试验内容及试验结果

被试车辆转向架在确定好抗蛇形减振器的相关性能参数后，在标准轨距1 435 mm、动车向北方向行驶(试验台轨道轮向南方向)的工况下，抗蛇形减振器按照上述3种布置方式在转向架滚动振动试验台上进行了相关动力学性能试验。动车车辆系统最主要的激扰源来自于线路轨道的不平顺性。本文在试验研究中采用了秦沈路谱作为系统的输入激扰，通过液压伺服激振系统对采集的路谱数据进行迭代复现，模拟线路轨道的不平顺性。试验研究的主要内容包括车辆临界速度试验以及秦沈路谱线路不平顺模拟试验。

当抗蛇形减振器靠近1轴左右纵向对称布置时，试验结果如下：在无路谱激振的条件下，车辆进行临界速度试验可以达到时速300 km/h且保持车辆稳定；在车辆时速达到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h、230 km/h、250 km/h的速度级下，分别对轨道轮施加1 min时长的秦沈路谱激振，车辆均能保持稳定，未发生蛇形失稳运动。

当抗蛇形减振器靠近2轴左右纵向对称布置时，试验结果如下：在无路谱激振的条件下，车辆进行临界速度试验可以达到时速300 km/h且保持车辆稳定；在车辆时速达到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h的速度级下，分别对轨道轮施加1 min时长的秦沈路谱激振，车辆均能保持稳定，未发生蛇形失稳运动；但在车辆时速达到230 km/h、250 km/h的速度级下，对轨道轮施加秦沈路谱激振时，车辆均发生了周期性的蛇形失稳运动。

当抗蛇形减振器靠近1轴右侧和2轴左侧的纵向斜对称布置时，试验结果如下：在无路谱激振的条件下，车辆进行临界速度试验可以达到时速300 km/h且保持车辆稳定；在车辆时速达到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h、230 km/h、250 km/h的速度级下，分别对轨道轮施加1 min时长的秦沈路谱激振，车辆均能保持稳定，未发生蛇形失稳运动。

2.2 试验数据分析

通过对上述试验结果进行分析可以得到：

1)在无路谱激振条件下，抗蛇形减振器在车体和构架间的不同布置方式对车辆临界速度几乎没有影响，临界速度均可达到300 km/h且未发生蛇形运动；

2)在有路谱激振的条件下，当车速≤200 km/h时，抗蛇形减振器在车体和构架间的不同布置方式对车辆运行稳定性几乎没有影响，激振结束后均能保持车辆稳定；

3)在有路谱激振的条件下，当车速>200 km/h时，抗蛇形减振器在车体和构架间的不同布置方式对车辆高速运行稳定性有较大的影响，抗蛇形减振器靠近2轴左右纵向对称布置时，车辆稳定性较差，在230 km/h、250 km/h速度级下施加路谱激振，车辆均发生了蛇形失稳。

为了进一步了解抗蛇形减振器不同布置方式对车辆高速运行稳定性的影响，本文以动车时速在230 km/h速度级下为例，在抗蛇形减振器不同布置方式下，对轨道轮施加路谱激励，得到转向架轴箱在激振过程中的横向位移曲线。当抗蛇形减振器靠近1轴左右纵向对称布置时，路谱激振试验过程中轴箱横向位移曲线如图3所示；当抗蛇形减振器靠近2轴左右纵向对称布置时，轴箱横向位移曲线如图4所示；当抗蛇形减振器靠近1轴右侧和2轴左侧纵向斜对称布置时，轴箱横向位移曲线如图5所示。

图3 轴箱横向位移曲线(抗蛇形减振器1轴左右纵向对称布置)

图4 轴箱横向位移曲线(抗蛇形减振器2轴左右纵向对称布置)

图5 轴箱横向位移曲线(抗蛇形减振器1轴右、2轴左纵向斜对称布置)

通过图3、图4和图5的轴箱横向位移曲线可以得到：

1)当抗蛇形减振器靠近1轴左右纵向对称布置时，在230 km/h速度级下施加路谱激振车辆稳定性很好；

2)当抗蛇形减振器靠近1轴右侧和2轴左侧纵向斜对称布置时，在230 km/h速度级下施加路谱激振，虽然激振结束后车辆也能稳定，但是在激振过程中轴箱横向位移曲线的幅值与抗蛇形减振器靠近1轴左右纵向对称布置时相比明显偏大，出现了不稳定的趋势；

3)当抗蛇形减振器靠近2轴左右纵向对称布置时，在230 km/h速度级下施加路谱激振车辆的稳定性较差，激振过程中发生了周期性的蛇形运动，车辆失稳。

3 结语

本文以某高速动车组车辆转向架为研究对象，对其进行了临界速度试验以及路谱激励试验，研究了同种抗蛇形减振器在车体与转向架构架之间不同的布置方式对车辆运行稳定性的影响。综合上述试验数据及分析结果可以得到，抗蛇形减振器的不同布置方式对车辆高速运行稳定性有较大影响。因此在进行相关设计时，不仅要考虑抗蛇形减振器压力、速度等相关技术参数，同时要选择使车辆运行更加稳定的抗蛇形减振器布置方式。