铁路货车动力学仿真分析与线路测试结果一致性研究

刘凤伟，张良威

（中国南车集团 长江车辆有限公司 产品研究所，湖北武汉430212）

为评估铁路货车的动力学性能，在设计阶段主要采用虚拟样机进行仿真分析和参数匹配。由于铁路货车动力学性能涉及的参数较多、离散性大、非线性强，一般仿真分析和测试结果会存在较大偏差。有必要进行分析和采取必要的措施，建立更科学合理的模型，提高仿真分析和试验的吻合程度，以提高仿真分析的准确度，更好地指导方案设计和解决复杂工程问题。要提高仿真分析和试验的吻合度，下述两点需要考虑，一是将试验条件特定化，例如车辆通过具有特定激扰的线路、线路保证干燥状态等；二是依据试验条件修正仿真分析模型，包括线路输入条件、车辆的部分参数以及连接力单元的等效方式等［1－2］。

相关研究表明，铁路货车动力学仿真模型验证主要从车辆系统中车体的固有频率、线路静态扭曲减载率、车辆通过特定波形线路的响应、车体加速度数值及加速度功率谱密度4个方面进行研究。下面以某出口窄轨矿石敞车为例，在线路试验的基础上，对上述4个方面进行分析。

1 模型建立

铁路货车为多刚体、多自由度的非线性复杂系统，其非线性运动微分方程为：

式中M为对角质量矩阵；X∈Rn，为N维坐标向量；F为系统的力向量函数，由系统本身的悬挂力、摩擦力以及轮轨力构成；v为车辆运行速度；F t为外界输入激扰力矩阵，包括轨道不平顺、风力、曲线半径、曲线超高和陀螺效应等引起的轮轨力和离心力。……