[发明专利]一种抗蛇行宽频带吸能机制实现方法及转向架参数优化配置方法

说明书

本发明公开了一种抗蛇行宽频带吸能机制实现方法及转向架参数优化配置方法。本发明主要应用动态设计方法，以自适应控制方式来实现对转向架不稳定蛇行振荡现象的超前滞后校正；借用ICE3原型的抗蛇行冗余设计形式，以新型抗蛇行减振器的组合应用来实现抗蛇行宽频带吸能机制，简单适用；并借用抗蛇行软约束或防阻塞技术，适度降低液压刚度，避免了流变非线性影响。本发明弥补了ICE3转向架原型设计缺陷，逐步转变高铁客专发展模式，进而扩大投资收益率；且改善了对轨道线路的适应性与友好性，可节省铁路建设投资成本；同时也增强了对自然因素摄动或扰动的鲁棒性，特别是山区线路运用，结构性技术服务成本可明显降低。

技术领域

本发明涉及高速转向架抗蛇行减振器选型及其参数配置方法，即采用必要的技术措施来实现抗蛇行宽频带吸能机制，部分恢复转向架自导向能力，满足长交路跨线运用要求。具体地，低频结构阻尼与高频阻抗作用，两者必须形成2种减振技术的互补性，进而以自适应控制方式来实现对转向架不稳定蛇行振荡现象的超前滞后校正，克服现有高速转向架对轮配技术条件制约性。

背景技术

从高速列车系统集成的角度出发，高速转向架必须采用动态设计方法，以抗蛇行宽频带吸能机制来施行对ICE3转向架原型实质性技改，以转变高铁客专发展模式，增强高铁建设与运用的可持续性发展能力。

具体理由如下：就现代轨道车辆来讲，动态设计方法包括以下3大技术要素：①由于轨道车辆闭环系统，因而车轮蠕滑具有准静态与动态2种成份，其中，车轮自旋蠕滑及其对横向蠕滑力效应，是高速轮轨技术的主要制约性因素之一；②鉴于高速轮轨技术的上述局限性，形成了如下2个基本不稳定问题：即车轮自稳定性问题与转向架不稳定蛇行振荡现象；③在线路服役环境下高速列车系统集成应当具有稳定鲁棒性能，具体地，车体与走行部之间必须实现横向解耦。

闭环系统分析观点是动态设计方法的主要技术特征之一，即快速与高速轨道车辆的系统响应对相应的车轮蠕滑所形成的反馈影响。威金斯首先提出了车轮自旋蠕滑概念，并构建了轮轨横向动态制衡关系，即车轮自旋蠕滑所产生的横向蠕滑力与重力刚度所形成的恢复力之间具有动平衡关系。同时也指出：与纵向或横向蠕滑不同，车轮自旋蠕滑对横向蠕滑力效应，其不再具有饱和曲线特征。具体地，在纵向与横向蠕滑为零的前提条件下，当车轮自旋蠕滑≤0.6时，其对横向蠕滑力效应呈现线性递增趋势，但是当大于0.6时，则将快速衰减。

根据对车轮自旋蠕滑动态成份(其准静态成份可忽略)的不同处理观点，形成了以下2种轮对定位约束方式：即轮对弹性与刚性定位约束。为轮对摇头角速度，而则为车速。

以ICE3转向架作为技术原型，动态仿真表明：极限速度与轮对纵向定位刚度，两者之间具有关联性。当轮对纵向定位刚度120MN/m时，如超高速转向架优配，极限速度接近600km/h；当轮对纵向定位刚度降低至35MN/m时，如长编与高速转向架优配，极限速度则也降低至480km/h。两者极限速度具有以下共性技术特征：即车轮自旋蠕滑最大值达到或超过0.6。在轮对纵向力偶作用下，前者形成了车轮纵向黏滑振动现象；而后者则形成了车轮瞬间打滑现象，或持续打滑。

同理，快速转向架，轮对弹性定位约束，其极限速度必将进一步降低。否则，若强制提速，则将对轮对服役安全性造成负面影响，如擦轮或擦伤，并造成踏面表层或浅表层缺陷。因此，降阻增容等简单技术观点难以实现快速转向架的技术升级。换言之，高速转向架并非快速转向架的简单技术升级，因为两者具有截然不同的主要研究问题。

由此可见，随着车速要求的不断提高，车轮自旋蠕滑及其对横向蠕滑力效应也在不断增强，因而逐渐暴露了高速轮轨技术局限性。对于常规轨道客车车辆，车体与走行部之间横向解耦，且有车体与转向架2个不稳定问题。而对于快速与高速转向架设计来讲，则需考虑如何正确处理以下2个基本不稳定问题，即轮对自稳定问题与转向架不稳定蛇行振荡现象。