图11 节点刚度对临界速度的影响Fig.11 Influence of joint stiffness on critical velocity

仿真分析动车组在直线线路上的运行平稳性，车速为350 km/h，轨道激励采用武广谱，抗蛇行减振器节点刚度为1～40 MN/m，轮对等效锥度为0.1～0.4，车辆横向平稳性指标见图12。抗蛇行减振器节点刚度在一定范围内，车辆横向平稳性指标较低且变化趋势平缓。这是因为在该范围内，车辆临界速度高于350 km/h，车辆不发生蛇行运动，故横向平稳性指标变化较小。临界速度低于350 km/h范围内的节点刚度，其横向平稳性指标也急剧变差，表明车体发生蛇行运动影响了横向平稳性。临界速度和横向平稳性的仿真结果互相对应，能证明仿真结果基本准确。同时验证较高的临界速度能保证横向平稳性保持在优秀范围。

图12 节点刚度对平稳性的影响Fig.12 Influence of stiffness of joints on stationarity

文献表明抗蛇行减振器节点刚度对车辆的曲线通过安全性影响很小[14]，故本文不做讨论。

3.3 节点刚度最优值与轮对等效锥度的关系分析

抗蛇行减振器节点刚度最优值及其对应的临界速度如表2所示。节点刚度最优值随等效锥度的变化曲线如图13所示。由图可知，抗蛇行减振器节点刚度最优值随等效锥度变大而逐步上升，在等效锥度超过0.2之后，节点刚度最优值增大趋势加剧。在等效锥度0.1～0.4范围内，抗蛇行减振器节点刚度最优值从9 MN/m增大至28 MN/m，增大幅度为250%。因此，在选择抗蛇行减振器节点刚度时不能只考虑轮对初始状态，应综合考虑整个磨耗周期内等效锥度的变化。

表2 节点刚度最优值及其临界速度Tab.2 Optimum stiffness value of joint and its critical velocity等效锥度节点刚度最优值/(MN·m-1)临界速度/(km·h-1)0.......

3.4 抗蛇行减振器节点刚度选择策略

在高速动车组的磨耗周期中，车轮踏面外形变化，等效锥度随车轮磨耗增加而逐渐增大。现有的抗蛇行减振器节点采用的是橡胶节点，节点刚度为定值。本文选取了节点刚度值10 MN/m、15 MN/m、20 MN/m、25 MN/m、30 MN/m。根据实测车轮踏面廓形，动力学仿真得到轮对等效锥度在0.1～0.4范围内变化，采用五种抗蛇行减振器节点刚度时的车辆临界速度，见图14。

图13 节点刚度最优值变化曲线Fig.13 Change curve of optimum joint stiffness

图14 临界速度对比Fig.14 Critical velocity comparison

在小等效锥度时，抗蛇行减振器小节点刚度的临界速度较高，在大等效锥度时，大节点刚度的临界速度较高，因此在选择抗蛇行减振器节点刚度时存在矛盾，不能同时满足各等效锥度的需求，因此只能考虑不同等效锥度下的性能进行折衷。对于时速350 km/h动车组，考虑到安全裕量，临界速度至少需要400 km/h。选择抗蛇行节点刚度应满足动车组在尽可能大的等效锥度范围内保持良好的运动稳定性，以此实现延长车辆的运行周期。由图14可知，抗蛇行减振器节点刚度为20 MN/m时，在等效锥度0.1～0.35范围内，临界速度均大于400 km/h，而其余刚度值皆会在等效锥度0.35前车辆临界速度低于400 km/h。由此判断，对于刚度固定的节点，抗蛇行减振器节点刚度最优值为20 MN/m。

今后如采用主动/半主动控制、策略控制等，根据等效锥度变化自动调整抗蛇行减振器节点刚度至当前的最优值，能显著解决刚度选择的矛盾。如图14所示，对比五种节点刚度，在等效锥度0.1～0.4范围内，刚度最优值的临界速度平均增幅20%，能保证在该等效锥度范围内，临界速度有足够安全裕量，可使车轮镟修周期进一步延长。使列车根据轮对等效锥度变化，选取适当的抗蛇行节点刚度的取值，在不同运行状态下均具有较好的运动稳定性，这对于未来新型抗蛇行减振器的研究和设计有重要的参考价值。

4 结 论

(1) 本文建立的考虑油液刚度与节点刚度的分段线性Maxwell模型能更准确地反映抗蛇行减振器的卸荷特性和动态特性，计算的滞回曲线与试验台试验结果基本吻合。

(2) 调整节点刚度大小能有效改变减振器的动态刚度和阻尼，影响高速列车运动稳定性。

(3) 抗蛇行减振器的节点刚度最优值随着等效锥度增大逐步变大。

(4) 对于刚度固定的抗蛇行减振器，节点刚度最优值为20 MN/m，满足等效锥度在0.1～0.35范围内，临界速度大于400 km/h。采用主动/半主动控制、策略控制技术，根据等效锥度变化自动调整抗蛇行减振器节点刚度至当前的最优值，能使动车组在等效锥度0.1～0.4范围内保持良好的运动稳定性，且能够延长车轮镟修周期。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0202/486.html

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