第二届轨道交通载运装备系统动力学与智能运维学术论坛

        随着城市轨道交通技术的快速发展，对车辆运行稳定性、线路适应性及全生命周期经济性提出了更高要求。城轨车辆运行线路条件复杂，需同时兼顾直线高速运行稳定性与曲线通过性能。传统转向架通常采用较大纵向刚度的橡胶转臂节点以提高车辆临界速度，但会显著恶化曲线通过性能。固液复合转臂节点凭借其独特的频变刚度特性，为解决这一矛盾提供了有效技术途径。本文针对某型城轨车辆用固液复合转臂节点开展系统研究，首先阐述了其结构组成与工作机理，通过部件台架试验测试了其频变和幅变刚度特性；在此基础上，综合考虑橡胶-液体耦合作用、液体可压缩性及橡胶材料非线性等关键因素，建立了节点的集总参数力学模型，编制了仿真计算程序并通过台架试验验证了模型的准确性；最后基于MATLAB/Simulink平台构建了城轨车辆-固液复合转臂节点联合动力学仿真模型，系统对比分析了其与常规橡胶转臂节点对车辆动力学性能的影响规律。主要结论如下：
1) 正弦位移加载台架试验显示，节点动刚度在加载频率 3Hz 以下随频率升高逐渐增大，3Hz 及以上时趋于稳定；
2) 数值仿真与台架试验所得示功图曲线变化趋势一致，动刚度最大绝对偏差小于 2kN/mm，仿真模型能够准确反映固液复合转臂节点的频变和幅变非线性特性；
3) 新踏面和磨耗踏面条件下，采用固液复合转臂节点的车辆临界速度较常规节点略有降低，但均满足规范要求，且各项轮轨安全性、运行平稳性及乘坐舒适性指标均符合标准；
4) 车辆采用固液复合转臂节点通过曲线时，轮轨磨耗得到显著改善；以 70km/h 通过 R350m 曲线为例，新踏面和磨耗踏面条件下 1 位和 3 位轮对最大磨耗指数分别降低 31% 和 25%，主要原因是固液复合节点的 "低频低刚度" 特性使车轮通过曲线时纵向位移增大，更接近曲线径向位置，轮轨冲角显著减小；
5) 在欠超高较大的曲线上，采用固液复合转臂节点时，轮轨接触点变化范围增大引发轮对低频振动，进而传递至车体导致平稳性指标较常规节点有所增大，但仍满足规范要求。
本文研究旨在为固液复合转臂节点的工程应用提供有益参考。
随着城市轨道交通技术的快速发展，对车辆运行稳定性、线路适应性及全生命周期经济性提出了更高要求。城轨车辆运行线路条件复杂，需同时兼顾直线高速运行稳定性与曲线通过性能。传统转向架通常采用较大纵向刚度的橡胶转臂节点以提高车辆临界速度，但会显著恶化曲线通过性能。固液复合转臂节点凭借其独特的频变刚度特性，为解决这一矛盾提供了有效技术途径。本文针对某型城轨车辆用固液复合转臂节点开展系统研究，首先阐述了其结构组成与工作机理，通过部件台架试验测试了其频变和幅变刚度特性；在此基础上，综合考虑橡胶-液体耦合作用、液体可压缩性及橡胶材料非线性等关键因素，建立了节点的集总参数力学模型，编制了仿真计算程序并通过台架试验验证了模型的准确性；最后基于MATLAB/Simulink平台构建了城轨车辆-固液复合转臂节点联合动力学仿真模型，系统对比分析了其与常规橡胶转臂节点对车辆动力学性能的影响规律。主要结论如下：
1) 正弦位移加载台架试验显示，节点动刚度在加载频率 3Hz 以下随频率升高逐渐增大，3Hz 及以上时趋于稳定；
2) 数值仿真与台架试验所得示功图曲线变化趋势一致，动刚度最大绝对偏差小于 2kN/mm，仿真模型能够准确反映固液复合转臂节点的频变和幅变非线性特性；
3) 新踏面和磨耗踏面条件下，采用固液复合转臂节点的车辆临界速度较常规节点略有降低，但均满足规范要求，且各项轮轨安全性、运行平稳性及乘坐舒适性指标均符合标准；
4) 车辆采用固液复合转臂节点通过曲线时，轮轨磨耗得到显著改善；以 70km/h 通过 R350m 曲线为例，新踏面和磨耗踏面条件下 1 位和 3 位轮对最大磨耗指数分别降低 31% 和 25%，主要原因是固液复合节点的 "低频低刚度" 特性使车轮通过曲线时纵向位移增大，更接近曲线径向位置，轮轨冲角显著减小；
5) 在欠超高较大的曲线上，采用固液复合转臂节点时，轮轨接触点变化范围增大引发轮对低频振动，进而传递至车体导致平稳性指标较常规节点有所增大，但仍满足规范要求。
本文研究旨在为固液复合转臂节点的工程应用提供有益参考。

城轨车辆；固液复合转臂节点；频变刚度；集总参数模型；试验验证；动力学仿真