扭转线路上旁承对货车动力学性能的影响

王伟

（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 大连研发中心，辽宁大连 116052）

1 车辆模型和线路工况

图1 车辆动力学模型

以某型敞车为研究对象，应用NUCARS 动力学软件建立车辆动力学模型，见图1，共计11 个体，62 个自由度。选取AAR M-1001 第11 章 中 的 扭转、侧滚（Twist，Roll）线路作为输入，其为直线线路，左、右钢轨垂向有10 个波长为39ft、幅值为0.5in 的交错激扰，见图2。

图2 扭转、侧滚线路

2 仿真结果

车体侧滚角峰峰值最大值为2 s 窗口峰峰值的最大值，最大轮对脱轨系数为所有轮对的轮对脱轨系数最大值，最小剩余轮重为所有车轮的最小垂向载荷与车轮垂向静载荷的比值。

2.1 旁承垂向刚度的影响

为避免旁承止挡的影响，旁承行程取15.8 mm，预载荷取12.7mm。垂向刚度分别取1.0MN/m、1.5MN/m、1.89MN/m和2.5 MN/m。结果见图3～图5。

可见在扭转、侧滚线路上，旁承垂向刚度对空车动力学性能的影响更为显著。采用小刚度旁承不仅可以改善轮对脱轨系数、最小剩余轮重等指标，而且缩小了指标大值对应的速度区间，但车体侧滚角也将增大。

2.2 旁承行程的影响

旁承垂向刚度取1.89 MN/m，预载荷取12.7 mm。行程分别取3 mm、6 mm、10 mm 和15.8 mm。结果见图6～图8。

图3 车体侧滚角峰峰值最大值

图4 最大轮对脱轨系数

图5 最小剩余轮重

可见在扭转、侧滚线路上，旁承行程对空车动力学性能的影响更为显著。采用长行程旁承的车辆，其轮对脱轨系数和最小剩余轮重等指标均有显著改善，但车体侧滚角也将增大。

2.3 旁承预载荷的影响

图6 车体侧滚角峰峰值最大值

图7 最大轮对脱轨系数

旁承垂向刚度取1.89 MN/m，行程取15.8 mm。预载荷分别取7 kN、15 kN 和24 kN 和30 kN。结果见图9～图11。

可见在扭转、侧滚线路上，旁承预载荷对空车动力学性能影响更为明显。大的旁承预载荷将增大轮对脱轨系数、减小最小剩余轮重和增大车体侧滚角，使车辆动力学性能变差。

图9 车体侧滚角峰峰值最大值

3 结论

通过研究旁承垂向刚度、行程和预载荷等参数对车辆动力学性能的影响，结论如下：

图10 最大轮对脱轨系数

图11 最小剩余轮重

1）车辆在线路上运行时，车体将不可避免地发生侧滚。在旁承止挡起作用之前，小刚度旁承能够减缓车体、摇枕间及摇枕、侧架间作用力的变化幅度，不但改善了轮对脱轨系数、最小剩余轮重等指标，而且缩小了指标大值出现的速度区间，但同时也增大了车体侧滚角。因此为适应扭转线路工况，在保证车辆抗倾覆安全性的前提下，尽量选用小刚度旁承。

2）采用短行程旁承的车辆，尤其是定距较长或车体扭转刚度较大的车辆如空罐车，运行在扭转线路上时，车体侧滚将导致旁承止挡过早接触，旁承处频繁出现冲击，增大车轮减载率和轮对脱轨系数，增加车辆脱轨风险；而长行程旁承则可以平衡和补偿车辆曲线通过时的轮对左右轮轨间的垂向力，增大最小剩余轮重，但也增大了车体侧滚角。因此为适应扭转线路工况，在保证车辆抗倾覆安全性的前提下，尽量选用长行程旁承。

3）大的旁承预载荷将使车辆动力学性能变差，为适应扭转线路工况，旁承预载荷不宜过大。

［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.