某動車車輛臺架動力學性能試驗研究

文華，陳天喜，龍華樂，吳威威，易兆祥

(株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

隨著我國高速列車的飛速發展，對列車在道路上運行的安全性要求越來越高。轉向架滾動振動試驗臺通過轉動的軌道輪模擬車輛在線路上運行時的兩條鋼軌，同時通過對軌道輪單元的激振來模擬真實線路軌道的不平順，可以完成對車輛的多項性能試驗，充分了解和掌握車輛的性能，確保列車運行的安全性。抗蛇行減振器作為列車車輛懸掛系統中的重要部件，布置在轉向架構架與車體之間，起到抑制車輛蛇行運動并且可以有效提高車輛蛇行運動失穩臨界速度[1]。近年來，諸多學者針對抗蛇形減振器做了大量的研究，主要研究方向是關于抗蛇行減振器性能參數的變化對機車車輛動力學性能的影響[2-10]，并取得了有益的成果。但很少有學者去系統研究抗蛇形減振器不同的布置方式對機車車輛動力學性能的影響，因此對抗蛇形減振器不同布置方式進行試驗研究是非常有意義的，具有較大的工程應用價值。

1 抗蛇形減振器的布置方式

某高速動車車輛轉向架結構示意圖如圖1所示。現場試驗時轉向架1軸和2軸放置在滾動振動試驗臺的軌道輪上，如圖2所示?？股咝螠p振器在車體與轉向架構架之間布置方式主要有以下3種方式：靠近轉向架1軸左右縱向對稱布置(抗蛇形減振器布置在圖1中2、4位置)；靠近轉向架2軸左右縱向對稱布置(抗蛇形減振器布置在圖1中1、3位置)；靠近轉向架1軸右側和2軸左側的縱向斜對稱布置(抗蛇形減振器布置在圖1中1、4位置)。本文將在轉向架滾動振動試驗臺上對動車車輛轉向架進行相應的動力學試驗，研究抗蛇形減振器在上述3種布置方式下對車輛運行穩定性的影響。

圖1 某高速動車車輛轉向架結構示意圖

圖2 轉向架置于滾振試驗臺現場試驗圖

2 試驗內容及數據分析

2.1 試驗內容及試驗結果

被試車輛轉向架在確定好抗蛇形減振器的相關性能參數后，在標準軌距1 435 mm、動車向北方向行駛(試驗臺軌道輪向南方向)的工況下，抗蛇形減振器按照上述3種布置方式在轉向架滾動振動試驗臺上進行了相關動力學性能試驗。動車車輛系統最主要的激擾源來自于線路軌道的不平順性。本文在試驗研究中采用了秦沈路譜作為系統的輸入激擾，通過液壓伺服激振系統對采集的路譜數據進行迭代復現，模擬線路軌道的不平順性。試驗研究的主要內容包括車輛臨界速度試驗以及秦沈路譜線路不平順模擬試驗。

當抗蛇形減振器靠近1軸左右縱向對稱布置時，試驗結果如下：在無路譜激振的條件下，車輛進行臨界速度試驗可以達到時速300 km/h且保持車輛穩定；在車輛時速達到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h、230 km/h、250 km/h的速度級下，分別對軌道輪施加1 min時長的秦沈路譜激振，車輛均能保持穩定，未發生蛇形失穩運動。

當抗蛇形減振器靠近2軸左右縱向對稱布置時，試驗結果如下：在無路譜激振的條件下，車輛進行臨界速度試驗可以達到時速300 km/h且保持車輛穩定；在車輛時速達到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h的速度級下，分別對軌道輪施加1 min時長的秦沈路譜激振，車輛均能保持穩定，未發生蛇形失穩運動；但在車輛時速達到230 km/h、250 km/h的速度級下，對軌道輪施加秦沈路譜激振時，車輛均發生了周期性的蛇形失穩運動。

當抗蛇形減振器靠近1軸右側和2軸左側的縱向斜對稱布置時，試驗結果如下：在無路譜激振的條件下，車輛進行臨界速度試驗可以達到時速300 km/h且保持車輛穩定；在車輛時速達到120 km/h、160 km/h、180 km/h、200 km/h、230 km/h、250 km/h的速度級下，分別對軌道輪施加1 min時長的秦沈路譜激振，車輛均能保持穩定，未發生蛇形失穩運動。

2.2 試驗數據分析

通過對上述試驗結果進行分析可以得到：

1)在無路譜激振條件下，抗蛇形減振器在車體和構架間的不同布置方式對車輛臨界速度幾乎沒有影響，臨界速度均可達到300 km/h且未發生蛇形運動；

2)在有路譜激振的條件下，當車速≤200 km/h時，抗蛇形減振器在車體和構架間的不同布置方式對車輛運行穩定性幾乎沒有影響，激振結束后均能保持車輛穩定；

3)在有路譜激振的條件下，當車速>200 km/h時，抗蛇形減振器在車體和構架間的不同布置方式對車輛高速運行穩定性有較大的影響，抗蛇形減振器靠近2軸左右縱向對稱布置時，車輛穩定性較差，在230 km/h、250 km/h速度級下施加路譜激振，車輛均發生了蛇形失穩。

為了進一步了解抗蛇形減振器不同布置方式對車輛高速運行穩定性的影響，本文以動車時速在230 km/h速度級下為例，在抗蛇形減振器不同布置方式下，對軌道輪施加路譜激勵，得到轉向架軸箱在激振過程中的橫向位移曲線。當抗蛇形減振器靠近1軸左右縱向對稱布置時，路譜激振試驗過程中軸箱橫向位移曲線如圖3所示；當抗蛇形減振器靠近2軸左右縱向對稱布置時，軸箱橫向位移曲線如圖4所示；當抗蛇形減振器靠近1軸右側和2軸左側縱向斜對稱布置時，軸箱橫向位移曲線如圖5所示。

圖3 軸箱橫向位移曲線(抗蛇形減振器1軸左右縱向對稱布置)

圖4 軸箱橫向位移曲線(抗蛇形減振器2軸左右縱向對稱布置)

圖5 軸箱橫向位移曲線(抗蛇形減振器1軸右、2軸左縱向斜對稱布置)

通過圖3、圖4和圖5的軸箱橫向位移曲線可以得到：

1)當抗蛇形減振器靠近1軸左右縱向對稱布置時，在230 km/h速度級下施加路譜激振車輛穩定性很好；

2)當抗蛇形減振器靠近1軸右側和2軸左側縱向斜對稱布置時，在230 km/h速度級下施加路譜激振，雖然激振結束后車輛也能穩定，但是在激振過程中軸箱橫向位移曲線的幅值與抗蛇形減振器靠近1軸左右縱向對稱布置時相比明顯偏大，出現了不穩定的趨勢；

3)當抗蛇形減振器靠近2軸左右縱向對稱布置時，在230 km/h速度級下施加路譜激振車輛的穩定性較差，激振過程中發生了周期性的蛇形運動，車輛失穩。

3 結語

本文以某高速動車組車輛轉向架為研究對象，對其進行了臨界速度試驗以及路譜激勵試驗，研究了同種抗蛇形減振器在車體與轉向架構架之間不同的布置方式對車輛運行穩定性的影響。綜合上述試驗數據及分析結果可以得到，抗蛇形減振器的不同布置方式對車輛高速運行穩定性有較大影響。因此在進行相關設計時，不僅要考慮抗蛇形減振器壓力、速度等相關技術參數，同時要選擇使車輛運行更加穩定的抗蛇形減振器布置方式。