扭轉線路上旁承對貨車動力學性能的影響

王偉

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 大連研發中心，遼寧大連 116052）

1 車輛模型和線路工況

圖1 車輛動力學模型

以某型敞車為研究對象，應用NUCARS 動力學軟件建立車輛動力學模型，見圖1，共計11 個體，62 個自由度。選取AAR M-1001 第11 章 中 的 扭轉、側滾（Twist，Roll）線路作為輸入，其為直線線路，左、右鋼軌垂向有10 個波長為39ft、幅值為0.5in 的交錯激擾，見圖2。

圖2 扭轉、側滾線路

2 仿真結果

車體側滾角峰峰值最大值為2 s 窗口峰峰值的最大值，最大輪對脫軌系數為所有輪對的輪對脫軌系數最大值，最小剩余輪重為所有車輪的最小垂向載荷與車輪垂向靜載荷的比值。

2.1 旁承垂向剛度的影響

為避免旁承止擋的影響，旁承行程取15.8 mm，預載荷取12.7mm。垂向剛度分別取1.0MN/m、1.5MN/m、1.89MN/m和2.5 MN/m。結果見圖3～圖5。

可見在扭轉、側滾線路上，旁承垂向剛度對空車動力學性能的影響更為顯著。采用小剛度旁承不僅可以改善輪對脫軌系數、最小剩余輪重等指標，而且縮小了指標大值對應的速度區間，但車體側滾角也將增大。

2.2 旁承行程的影響

旁承垂向剛度取1.89 MN/m，預載荷取12.7 mm。行程分別取3 mm、6 mm、10 mm 和15.8 mm。結果見圖6～圖8。

圖3 車體側滾角峰峰值最大值

圖4 最大輪對脫軌系數

圖5 最小剩余輪重

可見在扭轉、側滾線路上，旁承行程對空車動力學性能的影響更為顯著。采用長行程旁承的車輛，其輪對脫軌系數和最小剩余輪重等指標均有顯著改善，但車體側滾角也將增大。

2.3 旁承預載荷的影響

圖6 車體側滾角峰峰值最大值

圖7 最大輪對脫軌系數

旁承垂向剛度取1.89 MN/m，行程取15.8 mm。預載荷分別取7 kN、15 kN 和24 kN 和30 kN。結果見圖9～圖11。

可見在扭轉、側滾線路上，旁承預載荷對空車動力學性能影響更為明顯。大的旁承預載荷將增大輪對脫軌系數、減小最小剩余輪重和增大車體側滾角，使車輛動力學性能變差。

圖9 車體側滾角峰峰值最大值

3 結論

通過研究旁承垂向剛度、行程和預載荷等參數對車輛動力學性能的影響，結論如下：

圖10 最大輪對脫軌系數

圖11 最小剩余輪重

1）車輛在線路上運行時，車體將不可避免地發生側滾。在旁承止擋起作用之前，小剛度旁承能夠減緩車體、搖枕間及搖枕、側架間作用力的變化幅度，不但改善了輪對脫軌系數、最小剩余輪重等指標，而且縮小了指標大值出現的速度區間，但同時也增大了車體側滾角。因此為適應扭轉線路工況，在保證車輛抗傾覆安全性的前提下，盡量選用小剛度旁承。

2）采用短行程旁承的車輛，尤其是定距較長或車體扭轉剛度較大的車輛如空罐車，運行在扭轉線路上時，車體側滾將導致旁承止擋過早接觸，旁承處頻繁出現沖擊，增大車輪減載率和輪對脫軌系數，增加車輛脫軌風險；而長行程旁承則可以平衡和補償車輛曲線通過時的輪對左右輪軌間的垂向力，增大最小剩余輪重，但也增大了車體側滾角。因此為適應扭轉線路工況，在保證車輛抗傾覆安全性的前提下，盡量選用長行程旁承。

3）大的旁承預載荷將使車輛動力學性能變差，為適應扭轉線路工況，旁承預載荷不宜過大。

［1］O’Donnell B.Making the Case for Long Travel Constant Contact Side Bearings［J/OL］.Interface，2005，July.http：//interfacejournal.com/?P=608.

［2］AAR Manual of Standards and Recommended Practices Design，Fabrication，and Construction of Freight Cars ［S］.M1001 CHAPTER11.2007.