基于SIMPACK的城市轨道车辆脱轨安全性分析_陈龙.pdf

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1、研城市轨道交通究２０１３年基于ＳＩＭＰＡＣＫ的城市轨道车辆脱轨安全性分析＊陈龙１１１２方宇潘以成杨子墨（１．上海工程技术大学城市轨道交通学院，２０１６２０，上海；２．杭州电子科技大学计算机学院，３１００１８，杭州∥第一作者，硕士研究生）摘要运用ＳＩＭＰＡＣＫ的轮轨模块，建立城市轨道车辆的析软件，能辅助工程师对所设计的各种复杂机械系多体动力学模型，对车辆在不同速度和不同轨道不平顺激励统进行动力学性能仿真分析。ＳＩＭＰＡＣＫ软件采用条件下的脱轨安全性进行分析。仿真结果表明，城市轨道车相对坐标系下完全递归算法，可以快速建立机械系辆在运行过程中，垂向的长波不平顺对车辆的扰

2、动较大，容统的动力学模型，包含关节、约束、各种外力或相互易造成车辆的安全事故；现有的城市轨道车辆脱轨安全标准作用力，并且自动形成动力学方程，然后利用各种求比较保守，在分析车辆的脱轨安全性时，可以采用欧洲ＵＩＣ解方式（如时域积分）得到系统的动态特性。规范对脱轨系数以每２ｍ平均处理，避免脱轨系数峰值的影响，或者利用Ｗｅｉｎｓｔｏｃｋ准则进行辅助评判。ＳＩＭＰＡＣＫ中的轮轨模块是德国宇航中心集合２０关键词城市轨道交通；车辆；脱轨系数；安全性多年轮轨接触模拟的经验和现代先进的模拟技术及中图分类号Ｕ２６０．１１常用模拟工具于一体的技术结晶，也是当前铁路车［１－２］辆动力学仿

3、真软件的先驱之一。ＳａｆｅｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＵｒｂａｎＲａｉｌＶｅｈｉｃｌｅＤｅｒａｉｌｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎ本文以城市轨道交通拖车为研究对象，在ＳＩＭＰＡＣＫＳＩＭＰＡＣＫ中建立该拖车的多体动力学模型，在不ＣｈｅｎＬｏｎｇ，ＦａｎｇＹｕ，ＰａｎＹｉｃｈｅｎｇ，ＹａｎｇＺｉｍｏ同的轨道不平顺的激励下，计算拖车以不同的速度ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｗｈｅｅｌ／ｒａｉｌｍｏｄｕｌｅｏｆＳＩＭＡＰＣＫｉｓｕｓｅｄｔｏ通过曲线时的脱轨系数和轮重减载率，分析各种脱ｂｕｉｌｄａｍｕｌｔｉ－ｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄ轨安全性

4、的评判标准。ｔｈｅｄｅｒａｉｌｍｅｎｔｓａｆｅｔｙｏｆｖｅｈｉｃｌｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｓａｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌ１车辆脱轨安全性及评价标准ｌｏｎｇ－ｗａｖｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒ车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱ｃａｓｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｅａｓｉｌｙｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎａｎａｃｃｉ－ｄｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｄｅｒａｉｌｍｅｎｔｓａｆｅｔｙ

5、ｓｔａｎｄａｒｄｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌ轨、跳轨脱轨、掉道脱轨等。其中，爬轨脱轨是随ｖｅｈｉｃｌｅｉｓｓｏｍｅｗｈａｔｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ．Ｗｈｅｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｅｒａｉｌ－着车轮的转动，车轮轮缘逐渐爬上轨头而引起的ｍｅｎｔｓａｆｅｔｙｏｆｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＵＩＣＳｔａｎｄａｒｄｃｏｕｌｄｂｅ脱轨，它是车辆运行中较常见的脱轨形式，也是各ｕｓｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｄｅｒａｉｌｍｅｎｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓａｎａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ国学者研究的重点。目前，我国车辆部门主要采ｏｆ２ｍｅｔｅｒｓ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏａｖｏｉｄｔ

6、ｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｅｒａｉｌｍｅｎｔｃｏ－用脱轨系数和轮重减载率两项指标来评判车辆的ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｅａｋ，ａｎｄｔｈｅＷｅｉｎｓｔｏｃｋｎｏｒｍｉｓａｌｓｏｈｅｌｐｆｕｌｉｎ［３］脱轨安全性。ｓａｆｅｔｙｊｕｄｇｍｅｎｔ．１．１脱轨系数Ｋｅｙｗｏｒｄｓｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ；ｖｅｈｉｃｌｅ；ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔｃｏｅｆｆｉ－国内外评判车辆脱轨的基本指标是脱轨系数ｃｉｅｎｔ；ｓａｆｅｔｙＦｉｒｓｔ－ａｕｔｈｏｒ’ｓａｄｄｒｅｓｓＳｃｈｏｏｌｏｆＵｒｂａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ，Ｑ／Ｐ，即轮轨横向力Ｑ与垂向力Ｐ之比。该比值最ＳｈａｎｇｈａｉＵ

7、ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６２０，Ｓｈａｎｇ－初由法国科学家Ｎａｄａｌ提出，也称为Ｎａｄａｌ公式。ｈａｉ，Ｃｈｉｎａ爬轨脱轨时，左侧车轮轮缘与钢轨的接触状态如图１所示。ＳＩＭＰＡＣＫ是机械系统运动学及动力学仿真分轮轨横向力Ｑ＝Ｎｓｉｎα－Ｔｃｏｓα＊上海市教育委员会重点学科建设项目（Ｊ５１４０１）；上海市教育委员会科研创新项目（１２ＹＺ１５０）·１２６·第８期研究报告轮轨垂向力Ｐ＝Ｎｃｏｓα－Ｔｓｉｎα同结构之间的连接关系，即城市轨道车辆动力学拓所以，脱轨系数如式（１）所示：扑图（见图２）。Ｑｔａｎα－Ｔ／Ｎ＝（１）Ｐ１＋Ｔ

8、ｔａｎα／