1.引言

一直以来，铁路运输凭借其运量大、耗能低、安全性高、乘坐舒适、节约时间等优势，占据着运输市场的较大比例。而铁道车辆作为铁路运输的直接实现工具，随着市场需求的不断提升，而产生了客运高速和货运重载两个新的发展方向。铁路运输是依靠列车在线路上的运行来实现的，由机车和车辆或者动车和拖车组成的列车以及铁路线路是一个整体系统。在这个复杂的系统中，它们互相联系着又互相作用着。在列车运行过程中，系统中各组成构件将会产生各种方向上的力和位移。力和位移是由于机车车辆与线路的相互作用以及机车与车辆之间和各连结车辆之间的相互作用引起的。力和位移与轨道车辆的安全性、稳定性、舒适性息息相关。所以，在车辆投入大量商用之前，设计人员要对轨道车辆进行一系列的动力学和运动学分析。传统的都是完成车辆后在线路上进行研究，现主流方法是使用轨道车辆动力学软件实现仿真分析，减少了总体的工作量，节约成本[1]。而在众多的轨道车辆动力学软件中，由于SIMPACK软件立足自身开放性和非常灵活的概念，其轮轨模块经过大量铁路车辆试验验证具有很高的仿真精度和效率。而本文应用SIMPACK软件分析了车辆直线运行时的稳定性和舒适性。

车辆动力学的相关问题，主要是由轮轨接触振动引起的，研究车辆动力学问题，主要采用振动分析方法。要解决振动问题，需要同时展开理论分析及试验研究工作。由于计算多体动力学的进步和计算机软硬件技术的发展，可以通过工程仿真技术，建立详细的车辆动力学计算模型，考虑各种复杂的边界条件，有效地进行车辆动力学性能分析，预测其运行舒适性及安全性。

2.模型的建立

根据拖车超员的参数，按照轮对→转向架→整车模型的次序来建立车体模型；用UIC60标准设计线路，轨距1435 mm，长度为1000 m；构建完整的轮轨接触系统，设置不同的初速度，对转向架在水平和垂直方向进行动力学仿真分析。

3.名义力计算

名义力计算即称重计算，目的是计算出空载车辆在设计尺寸下各个悬架受力的大小并将其结果自动保存在模型中。如若车辆为重载状态，则还需要在空载求解名义力以后再加重载进行静平衡计算，在得到系统重载时新的质心位置和悬挂受力情况，再进行仿真分析。如果成功地计算了名义力，残余的加速度应该非常小的值，所以一系悬挂弹簧的力元值和轮轨约束的力元值基本上相同。

模型建立的完成，给定一定量的初始速度，可以运行，但是车体出现了垂向跳动，是因为模型没有做Preload计算，即名义力计算。

图1 名义力Preload计算结果

设置整车模型速度。根据Preload的定义，求系统平衡时，保持系统平衡的力。Preload计算结束，结果如图1所示。模型中的最大残余加速度1.e-010，小于0.001m/s2，说明模型已经平衡。通过Preload计算，模型已经处于装配好的状态。

4.车辆动力学性能的评价方法

车辆动力学性能的主要涉及两个方面，即直线工况特性和曲线工况特性。本文的动力学性能评价指标按照GB5599-85《铁道车辆动力学性能评价和试验鉴定规范》的相关规定。在车辆动力学计算中，主要包括稳定性、平稳性以及曲线通过性的计算[2]。

4.1 平稳性

涉及旅客乘坐舒适性，评价指标有Sperling指标、车体振动加速度等。

4.2 稳定性

即为安全性，涉及蛇形运动稳定性、脱轨稳定性和车辆倾覆稳定性。

4.3 曲线通过线

涉及脱轨稳定性、车辆倾覆稳定性、磨耗性能。

车辆在运行过程中产生各种振动，对于客车来说，振动影响了旅客乘坐的舒适性，人处于振动环境中，不仅产生疲劳，而且还可能发生与人体内部器官及全身组织与外界振动共振的可能。对于货车振动影响其装运货物的完整性。因此作为运输工具的车辆，应当具有良好的平稳性。我国铁路对机车车辆运行的平稳性分别按平稳性指标和车体振动加速度来评定。Sperling基于大量试验而制定的平稳性指标用于评定车辆本身的运行品质和旅客乘坐舒适度，运行品质由车辆自身来衡量，而舒适度则还与旅客对振动环境的敏感度有关[3]。平稳性指标W如下：

用于运行品质的评价[4]：

用于舒适度的评价：

其中：a—振动加速度（cm/s2）；

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0318/554.html

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