轨道机车车辆两系弹性悬挂结构力学特性及一、二系弹簧载荷协同优化

Non-uniform wheel(axle) load distribution of railway locomotives and rolling stocks worsens wheel-rail adhesion performance. So, the differences in the load of wheels on the track must be strictly controlled to ensure traffic safety. Wheel(axle) load distribution of locomotive and car with two-stage suspension is determined by primary & secondary spring load distribution. The coupling mechanism and distribution regularities of primary & secondary spring load are not entirely understood by far because of complicated interactions with the elastic components in the redundant suspension structure.In this program, Multi-interdisciplinary method, theoretical calculation, numerical simulation and full-scale test will be adopted to study on interaction and deformation compatibility of elastic components in the two-stage complex system with coupling structures. The results will uncover the coupling mechanism of primary & secondary spring load, and reveal the law of the effect of the structural parameters on the distribution of them. Furthermore, the program will also implement collaborative optimization of primary & secondary spring load, and build coordination control measures for load distribution in the two-stage suspension system. The research results will provide scientific basis for the control of parameters and structural optimization of high-speed and heavy railway vehicles.

轨道机车车辆轮（轴）载荷分布不均匀，将严重影响轮轨粘着，必须严格控制以确保行车安全。具有两系悬挂结构的轨道机车车辆，其轮（轴）载荷分布状态由一、二系弹簧载荷分布状态决定。两系弹性冗余悬挂结构中各弹性元部件存在复杂相互作用，一、二系弹簧载荷耦合作用机制和分布变化规律尚未得到充分揭示。本项目采用多学科交叉研究方法，通过理论计算、数值模拟、实车实验，综合研究两系复杂耦合结构中各弹性部件的相互作用和变形协调，揭示一、二系弹簧载荷耦合作用机制，得出结构参数对一、二系弹簧载荷分布的影响规律，实现一、二系弹簧载荷协同优化，建立轨道机车车辆两系悬挂系统载荷分布协同控制方法，为高速重载机车车辆参数控制和结构优化提供科学依据。

轨道机车车辆轮（轴）载荷分配偏差过大会严重影响机车车辆动力学性能，轻则导致牵引力和制动力不能充分发挥、轮轨冲击加大、轮轨磨耗加剧，重则导致粘着牵引性能恶化、车轮空转进而引发车轮踏面剥离甚至车轴断裂事故，大大增加脱轨风险，危及列车运行安全。本项目采用理论分析、仿真计算、实车试验相结合的方法，研究具有两系悬挂结构的机车车辆各弹性部件间的相互作用及垂向载荷耦合传递机制，在此基础上提出机车车辆一、二系弹簧载荷和轮（轴）载荷均匀性分配协同控制方法。通过研究，得到二系载荷最优分布状态的充要条件、必要条件及该状态是否存在的判据；得出机车车辆两系悬挂结构中各结构参数、刚度参数对一、二系弹簧载荷分布的影响规律；建立不同类型的一、二系弹簧载荷分布和轮重分布预测模型，实现不同试验条件下一、二系弹簧载荷分布和轮重分布的精确预测；设计了多种载荷均匀性分配调整优化算法，并进行了比较研究，最终提出一套完全满足生产现场二系弹簧载荷调整和轮重调整工艺要求的一、二系弹簧载荷和轮（轴）载荷均匀性分配协同控制方法和相应的试验技术。项目的研究成果为研建具有自主知识产权的大型先进调簧工艺装备提供了坚实的理论基础和成套的试验技术，对保证机车车辆轮轴载荷均匀分配、改善其动态运行品质具有重要的实际意义。. 项目在研期间已发表论文4篇，其中SCI检索1篇，EI检索2篇，CSCD检索一篇；SCI源刊录用论文1篇；获得计算机软件著作权2项；培养研究生2名，其中毕业1名。项目主要研究成果已在横向技术开发项目：新型大功率机车车体称重调簧试验技术开发和城轨车辆落车称重调载架车机系统中成功应用。