文档介绍：摆式列车可控径向转向架动力学仿真研究1
罗仁,曾京
西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都(610031)
摘要:本论文建立了摆式列车机电耦合系统动力学模型,考虑例如迫导向径向转向架和主
动控制径向转向架。采用数值仿真方法研究了摆式列车曲线通过时的动力学性能。仿真结果
表明,摆式列车以高于常规列车 30%的速度通过曲线时,其各项动力学性能均不同程度地
变差;采用迫导向径向转向架能有效降低轮轨磨耗和改善动力学性能;采用头车车体和一位
构架间的夹角,经过的低通滤波后作为控制信号的主动控制径向转向架,能达到和迫
导向径向转向架相近的效果,大大改善了摆式列车曲线通过性能。
关键词:摆式列车;迫导向径向转向架;可控径向转向架;曲线通过;动力学性能.
中图分类号: 文献标识码:A

摆式列车技术是目前既有线路提速的最好方法,普通线路经过少量改造后即可提高旅客
列车速度 30%左右。国外摆式列车的发展经历了起伏波折后,现已经进入成熟的商业运营
阶段。对摆式列车这样的大系统,试验费用昂贵,所以计算机仿真是前期研究的重要手段[1]。
本文采用 C#语言全面向对象技术,建立了摆式列车机电耦合动力学模型、迫导向径向转向
架模型和主动控制径向转向架模型,可以方便地采用数值仿真方法研究摆式列车曲线通过时
的动力学性能。
摆式列车采用四连杆机构簧间摆方式和机电作动器。由位于头车一位构架上的横向加速
度传感器测量横向加速度,滤波修正后用于倾摆控制;由位于同一位置的陀螺仪测量构架侧
滚角速度,滤波修正后得到超高时变率,用于检测曲线,补偿横向加速度滤波的部分延时,
实现实时倾摆。
1. 数学模型
摆式列车动力学模型
建立 34 自由度的车辆(动车和拖车)的横-垂-纵向耦合动力学模型,自由度如表 1。
建模中考虑了列车系统中的轮轨接触几何关系非线性、轮轨蠕滑力非线性、钩缓装置作用力
非线性和车辆二系悬挂非线性。通过车间连接装置组成摆式列车[2],本文考虑的列车编组为:
动车+拖车,总自由度 68 个。建模中采用右手笛卡儿坐标系,x 轴为车辆前进方向,z 轴向
上。列车系统动力学方程为:
Mx&&+ Cx&+ Kx = P(x&, x,t) + Fa (1)
式中:M 为列车系统的质量矩阵;C 为列车系统的阻尼矩阵;K 为列车系统的刚度矩阵; x
为列车系统自由度向量; P ( x&, x, t ) 为列车系统的非线性力,包括悬挂非线性力、轮轨非线
性力和车钩作用力;Fa 为机电作动器作用于构架和摆枕间的力。

1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(20030613021)的资助。
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表 1 车辆系统自由度表 2 车辆基本参数

备注车体构架摆枕
刚体轮对
伸缩横移沉浮侧滚点头摇头自旋扰动

m ×104 ×103 ×102 ×103
车体
xc yc zc φc βc ψc -
× 4 × 3 ×102 ×102
Ix 10 10
构架 xfi y zfi φfi βfi ψfi - i=1~2
fi × 6