UM Loco  /  Freight wagon

Freight wagon

    由于造价和维修成本相对较低, Y25型和三大件式转向架已成为全球应用最广的货车转向架。

    UM实验室和用户创建了多种货车转向架多刚体模型, 并成功解决了货车动力学、安全性和轮轨磨耗等实际问题。

    Y25及其改进型转向架在欧洲应用很广, 它只有连接构架和轮对的一系悬挂。模型由一个构架, 4个轴箱, 4个弹簧座, 4个推杆和2个轮对组成, 共计50个自由度。使用了40多个力元来描述悬挂和接触关系。其中弹簧采用双线性粘弹性力元。 特殊的力元来描述勒努瓦链接、心盘、旁承推杆与弹簧座、轴箱的交互作用, 轴箱与构架摩擦面的交互作用。

    三大件式转向架广泛应用于铁路重载货运。18-100型三大件式转向架是俄罗斯标准的货车转向架。

    使用UM建立了完整的罐车、敞车和漏斗车模型, 每个模型包含19个刚体: 1个车体、2个摇枕、4个侧架、8个摩擦斜楔和四个轮对, 共110个自由度。

    其中摩擦斜楔是六自由度的物体, 采用点-面接触模型描述斜楔与侧架、摇枕之间相互作用力,并定义间隙。法向正压力为线性粘弹性力元, 切向摩擦力具有滑动和粘着两种状态。UM模型能更精确地模拟斜楔、轴箱和心盘的动力学性能。

    对于货车模型, 可以完成如下分析:
    - 获得基本的动力学性能结果, 如车辆通过直线或曲线时的脱轨系数、轮轨横向力、磨耗因子、接触压力、平稳性、舒适度以及物体上任意点的速度和加速度等
    - 快速修改几何和惯量参数、刚度和阻尼参数
    - 使用不同轨道不平顺样本进行仿真分析
    - 不同轮轨型面匹配动力学性能对比分析
    - 直观显示车轮爬轨脱轨过程

    精确地模拟货车模型需要引入大量的接触力元, 如轮对与侧架, 斜楔与侧架, 斜楔与摇枕, 摇枕与车体。由于实际接触刚度很大, 这些接触力元导致大量的刚性微分方程, 从而减小步长增加计算时间。 [1, 2] UM应用雅可比矩阵法显著加速计算过程, 同时保证计算精度和准确度。

    俄罗斯乌拉尔车辆厂早年进行了一系列试验, 证明了UM仿真计算的可靠性。试验设计如下:在心盘处施加垂向载荷, 在两个侧架对角处施加反向水平载荷。测量了摇枕转角、侧架横移和侧架横向力等参数。数值仿真和试验结果十分吻合, 最大偏差为12%, 六自由度摩擦斜楔的使用显著提高了模型精度。

    1. McClanachan, M., Handoko, Y., Dhanasekar, M., Skerman, D., Davey, J. Modelling Freight Wagon Dynamics. Vehicle System Dynamics Supplement 41 (2004), p. 438-447.

    2. Xia, F., True, H. The Dynamics of the Three-Piece-Freight Truck. Vehicle System Dynamics Supplement 41 (2004), p. 212-221.