動車組晃動問題研究及解決措施

張現鋒　王剛

摘 要：長編組臥車動車組在投入運營后，乘客反應列車晃動明顯，特別是在時速為140公里到180公里的平直軌道上。對動車組晃動問題進行了研究，通過動力學模擬計算和大量線路試驗，發現動車組的車體下擺模態與轉向架蛇形模態發生耦合， 導致動車組晃動。根據晃動問題的原因分析，研究了動車組新型踏面，優化轉向架懸掛參數，解決了動車組的晃動問題。

關鍵詞：動車組；晃動；踏面；懸掛；動力學

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.203

0 引言

為適應中國鐵路的高速發展，滿足中長距離旅客運輸的需要，提高旅行的舒適性，新研發的250公里/小時長編組臥鋪車動車組從2009年開始上線運行。動車組采用高度自動化控制、先進的弓網技術、模塊化設計、高速動車組轉向架、高效牽引系統及舒適環保的內裝設計等先進技術，開發了多項技術專利和技術創新，保證動車組的高效、安全及舒適。

1 問題描述

2009年長編組臥鋪動車組在上海-北京-上海段投入運營時，乘客反應列車存在晃動現象，特別是在時速為140公里到180公里的平直軌道上運行時晃動明顯。根據在此線路上的測量，發現動車組車體晃動的頻率大約為0.7Hz-0.8Hz，橫向平穩性W值部分高于2.5，個別點甚至高于3.0，測試結果見圖1。

2 動車組晃動原因調查研究

根據晃動發生后的動車組車體和轉向架振動數據的分析，發現車體存在大約為0.7Hz-0.8Hz的橫向振動是引起車體晃動的主要原因。為了更好的了解動車組的動態特征，使用MBS軟件Simpack進行了大量的動態模擬計算。為此，選用了單編組、2編組、4編組和8編組的列車模型。并對動車組在不同線路及采用不同懸掛參數的情況進行了大量的線路動力學性能測試。

根據模擬計算和線路測試的數據分析發現：頻率為0.8赫茲左右的車體晃動的根本原因是以下兩種模態頻率的相一致，因此發生了相互作用。

（1）第一種模態為車體下擺模態。

（2）第二種模態為動力學模態，即轉向架在軌道上以橫向正弦曲線的形式運動。

車體下擺模態和轉向架蛇行運行的模態發生耦合，造成車體在0.8Hz的橫向晃動較大，通過懸掛參數的優化，僅能減小橫向晃動的幅值，但無法消除晃動。

3 解決方案研究

根據大量的模擬計算和線路試驗，從下面兩方面對解決動車組的晃動問題進行了研究：

（1）優化懸掛參數：對懸掛參數進行優化，減小轉向架橫向振動向車體的傳遞；

（2）新型踏面研究：研究新型踏面，使轉向架的蛇行頻率避開車體的固有下擺頻率，消除車體產生共振的可能。

通過對懸掛參數的各種組合模擬計算分析和線路試驗，最終確定將抗蛇行減振器阻尼減小30%、將二系橫向減振器阻尼增加40%，將會使車體的橫向振動減到最小，滿足標準中規定的橫向平穩性要求。

轉向架懸掛參數優化無法消除車體和轉向架振動模態的耦合。為消除這種耦合，需要改變轉向架的蛇行運行模態頻率，對轉向架踏面進行了大量的分析計算和試驗研究，設計出一種新型的車輪踏面，踏面3mm處的等效錐度由0.04提高到0.1左右，將轉向架的蛇行頻率提高到1.2Hz以上，避免了此速度級下的車體下擺頻率和轉向架蛇行運動頻率耦合，消除了車體共振現象。

4 方案驗證及效果

對采用解決方案后的動車組進行了動力學型式試驗，轉向架的各項動力學性能均滿足要求，橫向平穩性指標達到優級，解決了動車組的橫向晃動問題。選取了13列采用解決方案的動車組進行振動和踏面跟蹤試驗，在整個旋修周期內，動車組的橫向平穩性均達到優級，車輪磨耗平穩并磨耗較小。

5 總結

通過分析研究，長編組臥鋪動車組晃動的原因是車體下擺模態與轉向架蛇行運動模態耦合，車體產生共振，造成動車組橫向晃動。通過采用新研發的車輪踏面、優化懸掛參數，消除了車體下擺模態與轉向架蛇行運動模態的耦合，解決了動車組橫向晃動問題，提高了乘客乘坐舒適性。

參考文獻：

[1]鐵運【2008】28號.高速動車組整車試驗規范[J].

[2]GB5599-85.鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范[J].