周 鵬，常 城，李 田，秦 登

懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)高速列車橫風(fēng)運(yùn)行安全性的影響

周 鵬1，常 城2，李 田2，秦 登2

（1. 西南交通大學(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都 611756；2. 西南交通大學(xué)，牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610036）

列車懸掛系統(tǒng)參數(shù)的變化會(huì)對(duì)其運(yùn)行安全穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，特別是在橫風(fēng)等復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下。針對(duì)國(guó)內(nèi)某型號(hào)動(dòng)車組，數(shù)值仿真了橫風(fēng)下的列車氣動(dòng)特性，并研究了懸掛系統(tǒng)參數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值變化對(duì)運(yùn)行安全穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明：橫風(fēng)作用下，頭車一位輪對(duì)脫軌系數(shù)隨二系空氣彈簧垂向剛度、二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧橫向剛度的增加而減少；輪軸橫向力會(huì)隨著二系空氣彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧橫向剛度的增加而減少，隨著一系鋼彈簧縱向剛度的增加而增加；輪重減載率隨著二系空氣彈簧垂向剛度、二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少；輪軌垂向力會(huì)隨著二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少，隨著一系鋼彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度的增加而增加。

懸掛系統(tǒng)；車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；橫風(fēng)安全性；高速列車

0 引 言

高速列車運(yùn)行過(guò)程中的第一要求是安全性。從高速列車的出現(xiàn)到今天，列車運(yùn)行安全性以及舒適性始終是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一，其影響因素可分為兩部分：一是高速列車的運(yùn)行環(huán)境，如橫風(fēng)、路堤以及橋梁等，二是列車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及懸掛系統(tǒng)參數(shù)選擇。

為了研究高速列車橫風(fēng)環(huán)境下的氣動(dòng)特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究。Suzuki[1]分析典型車型在路堤、橋梁上運(yùn)行時(shí)的氣動(dòng)特性，指出高速列車在運(yùn)行過(guò)程中受到的氣動(dòng)力與氣動(dòng)力矩與列車形狀以及軌道基礎(chǔ)形式有關(guān)；Diedrichs[2]等對(duì)ICE2在復(fù)線路堤上以250km/h車速運(yùn)行的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析；Cooper[3]利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)列車在橫風(fēng)下的氣動(dòng)特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)橫風(fēng)會(huì)使列車運(yùn)行安全性惡化12%；針對(duì)高速列車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下通過(guò)曲線受到的氣動(dòng)載荷，Thomas[4-5]總結(jié)了不同陣風(fēng)載荷對(duì)列車氣動(dòng)性能的影響；Kim[6]等提出了一種針對(duì)高速列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)的計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果較為吻合；李振等[7]研究了橫風(fēng)環(huán)境下復(fù)線路堤上列車周圍的流場(chǎng)特性研究表明相較于平地，路堤上列車周圍的氣流流速更大，導(dǎo)致路堤上列車氣動(dòng)性能較平地上惡劣；龍?zhí)K琴等[8]研究了橫風(fēng)環(huán)境中不同路堤高度及傾角下列車氣動(dòng)性能的差異，研究表明路堤高度以及傾角越大，列車的橫向力和側(cè)滾力矩就越大；任尊松[9]計(jì)算了作用在列車上的氣動(dòng)載荷，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了橫風(fēng)對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響。

此外，列車懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)列車動(dòng)力學(xué)性能的影響研究也較為成熟。王開(kāi)云等[10]計(jì)算分析了不同懸掛參數(shù)下“天梭”號(hào)電力機(jī)車的氣動(dòng)性能；程冰[11]對(duì)CW-200W型轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)以及懸掛參數(shù)的優(yōu)化研究；池茂儒等[12]通過(guò)分析高速客車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)參數(shù)，提出適當(dāng)?shù)臏p少二系懸掛的橫向剛度，能夠有效的提升車輛運(yùn)行的橫向平穩(wěn)性；崔濤等[13]針對(duì)國(guó)內(nèi)部分高速列車車輛晃動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)分析得到最優(yōu)的參數(shù)方案；董錫明[14]指出高速列車的行車安全性和乘坐舒適度與轉(zhuǎn)向架的取值是否合理密切相關(guān)；劉宏友[15]研究總結(jié)增加各車之間的橫向連接阻尼系數(shù)將有利于提高列車的曲線通過(guò)性；陳華斌等[16]等研究了懸掛剛度和懸掛阻尼對(duì)蛇行臨界速度的影響，分析了懸掛剛度和阻尼對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)性的影響。

以上研究只是針對(duì)列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行安全性，或是懸掛參數(shù)變化對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響，缺乏高速列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)懸掛系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)列車運(yùn)行安全性影響研究，本文以此為出發(fā)點(diǎn)，以國(guó)內(nèi)某型號(hào)動(dòng)車組為研究對(duì)象，考慮列車運(yùn)行速度為250km/h和橫風(fēng)速度為20m/s，研究懸掛系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)橫風(fēng)下列車運(yùn)行安全性的影響。

1 列車空氣動(dòng)力學(xué)模型及計(jì)算結(jié)果

計(jì)算模型取國(guó)內(nèi)某三車編組列車模型，其空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算區(qū)域和邊界條件如圖1所示，其中計(jì)算域長(zhǎng)度、寬度和高度分別為400m、100m和40m。其中正前方的速度入口距頭車鼻尖點(diǎn)100m，列車正后方的壓力出口距尾車鼻尖點(diǎn)200m,列車車體底面距離地面0.376m,列車位于計(jì)算區(qū)域中心截面上。頭尾車車身最大網(wǎng)格尺寸為60mm，轉(zhuǎn)向架最大網(wǎng)格尺寸為25mm，網(wǎng)格數(shù)量約為3583萬(wàn)，表面網(wǎng)格示意如圖2所示。

圖1 計(jì)算域與邊界條件示意圖

圖2 頭車及轉(zhuǎn)向架的表面網(wǎng)格

列車運(yùn)行正前方及右側(cè)面為速度入口邊界，速度為列車運(yùn)行速度和環(huán)境風(fēng)的合成風(fēng)速，運(yùn)行正后方及左側(cè)面為壓力出口邊界，地面設(shè)置為滑移壁面以模擬地面效應(yīng)，滑移速度為列車運(yùn)行速度，頂面為對(duì)稱邊界。采用流體計(jì)算軟件STAR-CCM+對(duì)上述網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)設(shè)置如下：采用三維、定常、不可壓縮兩方程SST-湍流模型，輸出穩(wěn)定后求平均值，如表1所示。

表1 列車氣動(dòng)特性

Tab.1 Train aerodynamic characteristics

2 高速列車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

為了分析列車在氣動(dòng)作用下懸掛參數(shù)變化對(duì)其在平地上行駛的安全穩(wěn)定性影響，采用多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK建立高速列車動(dòng)力學(xué)模型，如圖3所示。車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)單車模型由一個(gè)車體、兩個(gè)轉(zhuǎn)向架、四個(gè)輪對(duì)以及八個(gè)轉(zhuǎn)臂組成。剛性車體、構(gòu)架和輪對(duì)均有6個(gè)自由度，即縱向、垂向、橫向、點(diǎn)頭、搖頭，側(cè)滾。轉(zhuǎn)臂有1個(gè)自由度，即點(diǎn)頭。單車模型共計(jì)50個(gè)自由度，整車模型一共150個(gè)自由度[17]。

圖3 車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中懸掛系統(tǒng)包括二系空氣彈簧、抗蛇形減振器、一系鋼彈簧等，車輪踏面類型選擇LMA。具體計(jì)算工況以國(guó)內(nèi)某動(dòng)車組列車標(biāo)準(zhǔn)懸掛參數(shù)為基準(zhǔn)，分別計(jì)算懸掛參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值的50%、75%、125%、150%時(shí)對(duì)列車運(yùn)行安全性和舒適性的影響，如表2所示。

表2 懸掛參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

3 懸掛參數(shù)對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響

橫風(fēng)環(huán)境中，高速列車還會(huì)受到一個(gè)較大的側(cè)力作用，對(duì)列車運(yùn)行安全性產(chǎn)生威脅，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)出現(xiàn)脫軌或者傾覆的情況。以《高速列車整車試驗(yàn)規(guī)范》[18]為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)分析脫軌系數(shù)、輪軌垂向力、輪重減載率和輪軸橫向力來(lái)評(píng)定高速列車的運(yùn)行安全性。

3.1 脫軌系數(shù)與輪軸橫向力對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響

列車在車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行和線路狀態(tài)等不利因素下運(yùn)行時(shí)，可能導(dǎo)致車輪脫軌，某一時(shí)刻作用在車輪上的橫向力和垂向力的比值/為這一時(shí)刻車輪的脫軌系數(shù)，該定義最初由法國(guó)科學(xué)家Nadal提出。

懸掛參數(shù)同樣對(duì)列車橫風(fēng)環(huán)境中運(yùn)行的安全性有很大影響。由圖4可知，在氣動(dòng)作用下，頭車的一位輪對(duì)的脫軌系數(shù)受懸掛參數(shù)影響較大，特別是二系空氣彈簧垂向剛度，其次是二系空氣彈簧橫向剛度。頭車一位輪對(duì)脫軌系數(shù)隨二系空氣彈簧垂向剛度、二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧橫向剛度的增加而減少，其中二系空氣彈簧垂向剛度減少一半時(shí)，脫軌系數(shù)的最大值達(dá)到1.38，大于安全閾值0.8，使列車有脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 懸掛系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)列車頭車一位輪對(duì)脫軌系數(shù)的影響

過(guò)大的輪軸橫向力會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)橫移，同時(shí)會(huì)使線路部件損耗加快甚至損壞導(dǎo)致列車脫軌，《高速動(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定高速列車的輪軸橫向力允許限值采用計(jì)算公式如下：

輪軸橫向力增加會(huì)使列車運(yùn)行安全穩(wěn)定性下降，在橫風(fēng)等復(fù)雜線路工況下輪軸橫向力增加造成的影響更加惡劣，因此有必要研究高速列車在橫風(fēng)環(huán)境中運(yùn)行時(shí)懸掛參數(shù)變化對(duì)輪軸橫向力的影響。研究表明：輪軸橫向力會(huì)隨著二系空氣彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧橫向剛度的增加而減少，隨著一系鋼彈簧縱向剛度的增加而增加，如圖5所示。

懸掛裝置使列車具有良好的減振特性，緩和車輛與線路之間的相互作用力，減少振動(dòng)與沖擊，從而提高列車在運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性、安全性和可靠性。列車懸掛參數(shù)的變化必然會(huì)導(dǎo)致車輛橫向或垂向約束發(fā)生變化，從而影響列車的運(yùn)行安全穩(wěn)定性。

圖5 懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)輪軸橫向力的影響

以二系空氣彈簧垂向剛度變化為例，圖6為頭車一位背風(fēng)側(cè)輪對(duì)脫軌系數(shù)時(shí)程曲線。脫軌系數(shù)的大小與輪對(duì)同時(shí)刻輪軌橫向力以及輪軌垂向力相關(guān)，其中左右兩側(cè)輪軌的橫向力共同決定了輪軌橫向力的值，當(dāng)二系空氣彈簧垂向剛度變化時(shí)，列車一位輪對(duì)背風(fēng)側(cè)車輪的輪軌橫向力與輪軌垂向力曲線如圖7所示。圖（a）為輪軌橫向力變化曲線，變化趨勢(shì)與背風(fēng)側(cè)車輪脫軌系數(shù)變化趨勢(shì)基本相同，隨著空簧垂向剛度的相對(duì)增加，車輪的最大輪軌橫向力隨之增加。由圖6可知當(dāng)高速列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行4s左右時(shí)，也就是橫風(fēng)加載量達(dá)到最大時(shí)，脫軌系數(shù)達(dá)到最大值，隨后急劇減少趨于穩(wěn)定。脫軌系數(shù)為同時(shí)刻車輪輪軌橫向力與輪軌垂向力的比值，4s之前背風(fēng)側(cè)輪軌橫向力達(dá)到最大值，而輪軌垂向力在相同時(shí)刻也隨時(shí)間增加，輪軌橫向力和垂向力同時(shí)增加，車輪脫軌系數(shù)達(dá)到峰值。在這個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，空簧垂向剛度值為標(biāo)準(zhǔn)值的50%時(shí)，輪軌橫向力變化率為45.7%，輪軌垂向力變化率為13.6%，相對(duì)來(lái)說(shuō)，輪軸橫向力的增加是背風(fēng)側(cè)車輪脫軌系數(shù)增加的主要原因。

圖6 頭車一位背風(fēng)側(cè)輪對(duì)脫軌系數(shù)時(shí)程曲線

圖7 二系空氣彈簧垂向剛度對(duì)輪軌力的影響

輪對(duì)橫移是輪軌橫向力變化的影響因素之一，同時(shí)也是輪軸橫向力變化的影響因素。二系空氣彈簧垂向剛度變化下頭車一位輪對(duì)背風(fēng)側(cè)車輪、轉(zhuǎn)向架1、轉(zhuǎn)向架2和車體的橫移量如圖8所示。從圖中可以看出，在對(duì)車體施加氣動(dòng)載荷后，車輪、轉(zhuǎn)向架和車體的橫移量發(fā)生明顯的變化，在氣動(dòng)載荷的作用下，橫移量隨著列車運(yùn)行時(shí)間的增加急速變化，在4s前后達(dá)到最值，之后逐漸變化并趨于穩(wěn)定。

中央懸掛系統(tǒng)不但能夠支撐車體，均勻傳遞載荷給各個(gè)輪軸，同時(shí)可以衰減車輛振動(dòng)和沖擊。作為中央懸掛裝置組成之一的二系空氣彈簧，其垂向剛度變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)值的50%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致列車的內(nèi)部約束力度發(fā)生變化，使車體向背風(fēng)側(cè)的橫移量發(fā)生變化，由標(biāo)準(zhǔn)值的4.84mm減少到3.84mm。轉(zhuǎn)向架承受車體與輪對(duì)之間的各種載荷和作用力并使其均勻分配，保證列車平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)二系空氣彈簧垂向剛度發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)向架抑制車體橫向移動(dòng)的能力發(fā)生變化，頭車的第一個(gè)轉(zhuǎn)向架向迎風(fēng)側(cè)的橫移量增大，由0.98mm增加到1.11mm，第二個(gè)轉(zhuǎn)向架的橫移量由0.74mm減少到0.70mm，橫向作用傳遞到輪對(duì)使輪對(duì)橫向移動(dòng)由0.90mm增加大0.93mm。二系空簧垂向剛度減少一半時(shí)，車體橫移量變化率為20.7%，轉(zhuǎn)向架變化率分別為12.7%和4.3%，車輪橫移量變化率為3.1%。由于中央懸掛裝置和軸箱懸掛裝置的緩沖、衰減和傳遞等功能，變化率逐漸減少。

3.2 輪軌垂向力與輪重減載率對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響

列車運(yùn)行速度越高，輪軌之間的作用力也越大，輪軌之間的垂向力也會(huì)越大，過(guò)大的輪軌垂向力會(huì)導(dǎo)致輪軌之間的磨損增加，同時(shí)過(guò)大的輪軌垂向力也會(huì)使其他部件如扣件、軌枕產(chǎn)生損傷，定期維護(hù)的成本增加，嚴(yán)重時(shí)甚至危及行車安全。參考《高速列車整車試驗(yàn)規(guī)范》知輪軌垂向力的限制條件為：

根據(jù)赫茲非線性彈性接觸理論，輪軌垂向力的表達(dá)式為：

圖9（a）為懸掛參數(shù)變化對(duì)頭車最大輪軌垂向力的影響，由圖可以看出：輪軌垂向力會(huì)隨著二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少；隨著一系鋼彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度的增加而增加。輪軌垂向力均在規(guī)定安全范圍之內(nèi)，這是因?yàn)榱熊嚳蛰d沒(méi)有任何負(fù)重。

輪重減載率為評(píng)定車輛在輪對(duì)橫向力為零或接近于零的條件下，由于車輪某側(cè)嚴(yán)重減載而脫軌的安全性指標(biāo)。設(shè)

高速列車輪重減載率與車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)行工況有關(guān)，當(dāng)高速列車運(yùn)行過(guò)程中懸掛參數(shù)變化時(shí)，必然導(dǎo)致列車的輪重減載率發(fā)生變化。圖9（b）為懸掛參數(shù)變化對(duì)頭車最大輪重減載率的影響。列車最大輪重減載率隨著二系空氣彈簧垂向剛度、二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少。

圖9 懸掛系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)頭車最大輪軌垂向力與輪重減載率的影響

當(dāng)二系空氣彈簧垂向剛度懸掛參數(shù)變化時(shí)，輪軌垂向力變化明顯，隨著橫風(fēng)的不斷加載，頭車一位輪對(duì)左右車輪的輪軌垂向力發(fā)生明顯變化，如圖10所示，迎風(fēng)側(cè)車輪隨著風(fēng)載荷的增加而減載，背風(fēng)側(cè)車輪隨著風(fēng)載荷的增加而增載。由公式（1）可知，輪軌之間垂向相對(duì)位移是列車輪軌垂向力的重要影響因素之一，公式（2）和（3）表明輪重減載率的變化是由對(duì)應(yīng)的輪軌垂向力變化導(dǎo)致的。頭車一位輪對(duì)左右車輪、頭車轉(zhuǎn)向架和頭車車體的抬升量變化曲線如圖11所示。高速列車在未加氣動(dòng)載荷之前抬升量穩(wěn)定，在2s時(shí)期施加氣動(dòng)載荷之后升量急劇提高，前后到達(dá)頂峰后減少，之后增加到一定范圍趨于穩(wěn)定。

圖10 二系空氣彈簧垂向剛度變化對(duì)頭車一位輪對(duì)輪軌垂向力影響

中央懸掛系統(tǒng)參數(shù)的變化會(huì)影響整個(gè)中央懸掛系統(tǒng)的功能，第一不能很好的將車體的重量以及載荷比較均衡地傳遞給各個(gè)輪軸，第二對(duì)于緩和沖動(dòng)和衰減振動(dòng)的能力有所降低，特別是列車在橫風(fēng)環(huán)境等復(fù)雜工況下運(yùn)行時(shí)。高速列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，二系空氣彈簧垂向剛度變化會(huì)影響整個(gè)中央懸掛系統(tǒng)的功能，當(dāng)參數(shù)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)值的50%時(shí)，車體的抬升量發(fā)生變化，其最大值由標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)下的40.8mm增加到56.5mm，車體往上移了38.72%，在車體的帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)向架的抬升量也隨之發(fā)生變化，轉(zhuǎn)向架1抬升量由3.85mm增加到4.02，而轉(zhuǎn)向架2抬升量由2.32mm減少到2.01mm。圖12為高速列車動(dòng)力學(xué)模型的輪軌踏面圖，二系空氣彈簧垂向剛度的變化會(huì)影響左右車輪的抬升量，在橫風(fēng)作用下車輪向迎風(fēng)側(cè)橫移，由于踏面錐度迎風(fēng)側(cè)車輪與鋼軌接觸點(diǎn)向下移動(dòng)，背風(fēng)側(cè)車輪與鋼軌接觸點(diǎn)向上移動(dòng)，即輪軌之間的垂向位移發(fā)生變化，最終導(dǎo)致輪軌垂向力發(fā)生變化。

圖12 高速列車動(dòng)力學(xué)模型的輪軌踏面圖

4 結(jié) 論

（1）頭車一位輪對(duì)左右兩個(gè)車輪的脫軌系數(shù)最大值隨二系空氣彈簧垂向剛度、橫向剛度；一系鋼彈簧垂向剛度、橫向剛度的增加而減少，其中二系空氣彈簧垂向剛度變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)值的50%時(shí)，頭車一位輪對(duì)迎風(fēng)側(cè)車輪的最大脫軌系數(shù)達(dá)到1.38，大于安全閾值0.8，列車在運(yùn)行過(guò)程中有脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）輪軸橫向力會(huì)隨著二系空氣彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度、一系鋼彈簧橫向剛度的增加而減少；隨著一系鋼彈簧縱向剛度的增加而增加，這是由于輪對(duì)、轉(zhuǎn)向架、車體的橫移量發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架分配在車輪上的載荷發(fā)生變化，最終造成輪軸橫向力發(fā)生變化。

（3）列車最大輪重減載率隨著二系空氣彈簧垂向剛度、二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少；輪軌垂向力會(huì)隨著二系空氣彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧縱向剛度、二系橫向減振器阻尼的增加而減少；隨著一系鋼彈簧橫向剛度、一系鋼彈簧垂向剛度的增加而增加，主要是由于懸掛參數(shù)變化導(dǎo)致車輪與鋼軌之間的相對(duì)位移變化使輪軌垂向力變化。

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Effect of Suspension-system Parameters on Crosswind Stability of High-speed Trains

ZHOU Peng1, CHANG Cheng2, LI Tian2, QIN Deng2

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China;2. State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610036, China)

The change in the train suspension-system parameters affects the safety and stability of its operation, especially in complex operating environments such as under crosswind. For a certain type of electric multiple unitin China, a numerical simulation was performed to investigate the aerodynamic characteristics of a train under crosswind and to study the influence of the relative standard value of the suspension-system parameters on the safety and stability of operation. Research indicated that the derailment coefficient of the first wheelset of the head vehicle decreases with the increase in the vertical and lateral stiffness of the air spring of secondary suspension as well as the lateral and vertical stiffness of steel spring of primary suspension. The wheelset lateral force decreases with the increase in the vertical stiffness of the air spring of secondary suspension, as well as the lateral and vertical stiffness of steel spring of primary suspension. The wheel unloading rate decreases with the increase in the vertical and lateral stiffness of the air spring of secondary suspension, longitudinal stiffness of the steel spring of primary suspension, and damping of the lateral damper in secondary suspension. The wheel–rail vertical force decreases with the increase in the lateral stiffness of the air spring of secondary suspension, longitudinal stiffness of the steel spring of primary suspension, and damping of the lateral damper in secondary suspension, along with the increase in the lateral and vertical stiffness of the steel spring of primary suspension.

suspension system; vehicle system dynamics; crosswind safety; high-speed train

1672-4747（2020）04-0083-10

U270.1+1

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.011

2020-12-12

周鵬（1991—），漢族，安徽淮北人，西南交通大學(xué)助教，碩士，研究方向?yàn)檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等，E-mail：398097277@qq.com

周鵬，常城，李田，等. 懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)高速列車橫風(fēng)運(yùn)行安全性的影響[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，2020, 18(4): 83-92

（責(zé)任編輯：劉娉婷）