动车组晃动问题研究及解决措施

张现锋　王刚

摘 要：长编组卧车动车组在投入运营后，乘客反应列车晃动明显，特别是在时速为140公里到180公里的平直轨道上。对动车组晃动问题进行了研究，通过动力学模拟计算和大量线路试验，发现动车组的车体下摆模态与转向架蛇形模态发生耦合， 导致动车组晃动。根据晃动问题的原因分析，研究了动车组新型踏面，优化转向架悬挂参数，解决了动车组的晃动问题。

关键词：动车组；晃动；踏面；悬挂；动力学

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.203

0 引言

为适应中国铁路的高速发展，满足中长距离旅客运输的需要，提高旅行的舒适性，新研发的250公里/小时长编组卧铺车动车组从2009年开始上线运行。动车组采用高度自动化控制、先进的弓网技术、模块化设计、高速动车组转向架、高效牵引系统及舒适环保的内装设计等先进技术，开发了多项技术专利和技术创新，保证动车组的高效、安全及舒适。

1 问题描述

2009年长编组卧铺动车组在上海-北京-上海段投入运营时，乘客反应列车存在晃动现象，特别是在时速为140公里到180公里的平直轨道上运行时晃动明显。根据在此线路上的测量，发现动车组车体晃动的频率大约为0.7Hz-0.8Hz，横向平稳性W值部分高于2.5，个别点甚至高于3.0，测试结果见图1。

2 动车组晃动原因调查研究

根据晃动发生后的动车组车体和转向架振动数据的分析，发现车体存在大约为0.7Hz-0.8Hz的横向振动是引起车体晃动的主要原因。为了更好的了解动车组的动态特征，使用MBS软件Simpack进行了大量的动态模拟计算。为此，选用了单编组、2编组、4编组和8编组的列车模型。并对动车组在不同线路及采用不同悬挂参数的情况进行了大量的线路动力学性能测试。

根据模拟计算和线路测试的数据分析发现：频率为0.8赫兹左右的车体晃动的根本原因是以下两种模态频率的相一致，因此发生了相互作用。

（1）第一种模态为车体下摆模态。

（2）第二种模态为动力学模态，即转向架在轨道上以横向正弦曲线的形式运动。

车体下摆模态和转向架蛇行运行的模态发生耦合，造成车体在0.8Hz的横向晃动较大，通过悬挂参数的优化，仅能减小横向晃动的幅值，但无法消除晃动。

3 解决方案研究

根据大量的模拟计算和线路试验，从下面两方面对解决动车组的晃动问题进行了研究：

（1）优化悬挂参数：对悬挂参数进行优化，减小转向架横向振动向车体的传递；

（2）新型踏面研究：研究新型踏面，使转向架的蛇行频率避开车体的固有下摆频率，消除车体产生共振的可能。

通过对悬挂参数的各种组合模拟计算分析和线路试验，最终确定将抗蛇行减振器阻尼减小30%、将二系横向减振器阻尼增加40%，将会使车体的横向振动减到最小，满足标准中规定的横向平稳性要求。

转向架悬挂参数优化无法消除车体和转向架振动模态的耦合。为消除这种耦合，需要改变转向架的蛇行运行模态频率，对转向架踏面进行了大量的分析计算和试验研究，设计出一种新型的车轮踏面，踏面3mm处的等效锥度由0.04提高到0.1左右，将转向架的蛇行频率提高到1.2Hz以上，避免了此速度级下的车体下摆频率和转向架蛇行运动频率耦合，消除了车体共振现象。

4 方案验证及效果

对采用解决方案后的动车组进行了动力学型式试验，转向架的各项动力学性能均满足要求，横向平稳性指标达到优级，解决了动车组的横向晃动问题。选取了13列采用解决方案的动车组进行振动和踏面跟踪试验，在整个旋修周期内，动车组的横向平稳性均达到优级，车轮磨耗平稳并磨耗较小。

5 总结

通过分析研究，長编组卧铺动车组晃动的原因是车体下摆模态与转向架蛇行运动模态耦合，车体产生共振，造成动车组横向晃动。通过采用新研发的车轮踏面、优化悬挂参数，消除了车体下摆模态与转向架蛇行运动模态的耦合，解决了动车组横向晃动问题，提高了乘客乘坐舒适性。

参考文献：

[1]铁运【2008】28号.高速动车组整车试验规范[J].

[2]GB5599-85.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[J].