摘要
为了提高我国铁路对大型、重型、贵重货物的快捷高效运输能力，中车唐山机车车辆有限公司研发了转向架群配置的高速货运动车组.基于多体系统动力学理论，建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆系统动力学模型，确定了转向架群配置高速货运动车组车辆的非线性临界速度，研究了一系定位刚度对车辆运行非线性临界速度的影响；同时，利用建立的模型研究了一系定位刚度对车辆运行安全性指标以及平稳性指标的影响.研究结果表明，非线性临界速度随着一系纵向定位刚度的增加先增大后减小，而随着一系横向定位刚度的增加整体呈现减小趋势；车辆横向运行平稳性指标随着一系纵向定位刚度的增加有所增加，而垂向平稳性指标基本保持不变；一系横向定位刚度对车辆运行平稳性指标影响不明显.
为了实现对大型、重型、贵重货物的快捷运输，中车唐山公司提出并研发了一种转向架群配置的高速货运动车组.转向架群配置的高速货运动车组运行速度能达到250km/h以上，并且由于其轴数的增加其载重能力也大幅度提高.过往已有学者对转向架群配置列车有所研究，认为转向架群配置结构方案是可行的,且其曲线通过性能有所提
针对转向架群配置的高速货运动车组，本文基于多体系统动力学理
本文基于大型多体动力学仿真分析软件SIMPACK建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆动力学理论模型，如
图1 转向架群配置高速货运动车组车辆动力学模型
Fig.1 Vehicle dynamics model of high-speed freight EMU equipped with four double-axle bogies
转向架群配置的高速货运动车组设计运行速度将达到250km/h以上，其悬挂参数设计值能否使车辆稳定性以及平稳性等指标达到标准值得研
本文采用降速法计算获得的定位刚度设计参数下车辆轮对横向位移随车辆运行速度变化的时程曲线结果，如
图2 轮对横向位移与车辆运行速度关系
Fig.2 Relationship between wheelset lateral displacement and vehicle running speed
图3 一系悬挂纵向定位刚度对非线性临界速度的影响
Fig.3 Influence of primary longitudinal positioning stiffness on non-linear critical velocity
由此可知，当一系纵向定位刚度取5MN/m左右时，车辆运行非线性临界速度达到最高.但同时考虑到一系定位刚度不能过小，否则会影响车辆的牵引性能，因而在原始设计的一系纵向定位刚度40MN/m取值下，动车组车辆非线性临界速度为384km/h，基本满足稳定运行的要求.若想进一步提高车辆的非线性临界速度，可适当降低一系纵向定位刚度.
一系横向定位刚度对车辆非线性临界速度的影响如
图4 一系横向定位刚度对临界速度的影响
Fig.4 Influence of primary lateral positioning stiffness on non-linear critical velocity
为研究一系定位刚度对该转向架群配置的高速货运动车组车辆动力学性能的影响，利用本文建立的动车组车辆动力学模型，开展了动车组车辆动态仿真，分析了不同一系定位刚度参数下动车组以250km/h的恒定速度在曲线半径为7000m的轨道上运行时的动力学特性.结合文献[
(a) 脱轨系数
(a) Derailment coefficient
(b) 轮重减载率
(b) Wheel unloading rate
(c) 车体振动加速度
(c) Vehicle body vibration acceleration
(d) Sperling指标
(d) Sperling index
图5 一系纵向定位刚度对车辆动力学性能的影响
Fig.5 Influence of primary longitudinal positioning stiffness on vehicle dynamic performance
(a) 脱轨系数
(a) Derailment coefficient
(b) 轮重减载率
(b) Wheel unloading rate
(c) 车体振动加速度
(c) Vehicle body vibration acceleration
(d) Sperling指标
(d) Sperling index
图6 一系横向定位刚度对车辆动力学性能的影响
Fig.6 Influence of primary lateral positioning stiffness on vehicle dynamic performance
本文利用基于多体动力学理论建立的转向架群配置高速货运动车组车辆动力学模型，研究了一系定位刚度对车辆非线性临界速度以及运行安全性、平稳性等动力学性能的影响，主要研究结论如下：
(1) 转向架群配置高速货运动车组车辆的非线性临界速度在384km/h，若想获得更高的临界速度可适当降低一系定位刚度.
(2) 车辆非线性临界速度随着一系纵向定位刚度的增加先增大后减小，而随着一系横向定位刚度的增加整体呈现减小趋势.
(3) 随着一系纵向定位刚度的增加，各轮对脱轨系数以及轮重减载率变化趋势基本一致，但1、3位轮对脱轨系数较为接近，且大于2、4位轮对脱轨系数.
(4）随着一系纵向定位刚度从1MN/m增加到50MN/m车辆横向平稳性指标有所增加，但对车辆垂向平稳性指标影响不明显；而随着一系横向定位刚度的增加，2位以及4位轮对的脱轨系数整体有所降低，但对车辆运行垂向平稳性指标或是横向平稳性指标影响均不明显.
参 考 文 献
钟文生,姚远,张红军.单节八轴机车转向架动力学研究.机械,2014,41(8):1~5,49
Zhong W S, Yao Y, Zhang H J. The bogie structure and dynamics studies of the eight-axle locomotive. Machinery,2014,41(8):1~5,49(in Chinese)
王开云,孟宏,翟婉明.“天梭”号电力机车参数优化及动力性能仿真分析.机车电传动，2003,6：5~8,12 (Wang K Y, Meng H, Zhai W M. Parameters optimization of "Tiansuo" electric locomotive and simulation & analysis of its dynamic performance. Electric Drive for Locomotives,2003,6:5~8,12 (in Chinese))
李响,任尊松,徐宁.基于转向架悬挂参数与踏面锥度优化的高速车辆动力学性能分析.铁道学报，2018，40(3)：39~44
Li X, Ren Z S, Xu N. Dynamic performance analysis of high-speed vehicle based on optimization of bogie suspension parameters and tread conicity. Journal of the China Railway Society,2018,40(3):39~44 (in Chinese)
潘迪夫,全柏达,杨松.CRH2悬挂刚度参数对车辆动力学性能的影响.物流工程与管理，2018, 40 (5):135~139,147
Pan D F, Quan B D, Yang S.The influence of suspension stiffness parameters on dynamic performance of CRH2. Logistics Engineering and Management,2018,40(5):135~139,147 (in Chinese)
吕凯凯,王开云,张志和.200km/h八轴客运电力机车悬挂参数对运动稳定性影响.兰州交通大学学报, 2015, 34(6):139~142
Lv K K, Wang K Y, Zhang Z H. Effect of suspension parameters on running stability of 200km/h eight-axle passenger electric locomotive.Journal of Lanzhou Jiaotong University,2015,34(6):139~142 (in Chinese)
李嘉伟,王开云.200 km/h电力机车转向架一系悬挂设计分析.铁道机车车辆, 2008, 28(1):175~177
Li J W, Wang K Y. Design analysis of the primary suspension system for 200 km/h electric locomotive bogie. Railway Locomotive & Car, 2008, 28(1):175~177 (in Chinese)
刘延柱.多体系统动力学(第2版).北京：高等教育出版社，2014 (Li Y Z. Dynamics of multibody systems (Second edition). Beijing: Higher Education Press，2014(in Chinese))
翟婉明.车辆-轨道耦合动力学（第4版）.北京：科学出版社，2015 (Zhai W M. Vehicle-track coupling dynamics（Fourth edition）. Beijing: Science Press, 2015(in Chinese))
GB5599-85, 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范.北京：中国计划出版社,1985 (GB5599-85, Railway vehicles-specification dynamic performance accreditation test.Beijing: China Planning Publishing House,1985(in Chinese))
铁运[2008]28号, 高速动车组整车试验规范.北京：中华人民共和国铁道部,2008 (Rail Transport [2008] No. 28, Testing of high-speed electic multiple unit on completion of construction.Beijing:Ministry of Railways, People's Republic of China, 2008(in Chinese))
