基于车辆动力学的铁路轨道曲线啸叫时域模型

作者：李午垚; 刘奔龙; 刘洋; 江晓禹^*

来源：铁道标准设计, 2023, 1-8.

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.202209190002

• 铁路轨道
• 轮轨噪声
• 曲线啸叫
• 离散弹性接触
• 车辆动力学

曲线啸叫是轮轨切向黏滑接触、轮轨动力学和通过曲线时车辆运行状态的综合结果。为综合研究曲线啸叫的影响因素，基于整车车辆多体动力学，并采用改进的轮轨接触力计算方法，建立了曲线啸叫时域模型。在接触力计算中，使用了离散接触模型，为引入下落摩擦机理，在切向力计算中使用迭代方法确定摩擦系数和接触力，使用模态叠加法计算车轮振动响应，采用无限元方法计算车轮声辐射。研究了不同曲线半径和通过速度下，曲线段轮轨间接触力的变化及接触区的黏着-滑动状态，对车轮振动特性进行了分析，并研究了车轮声学响应。研究发现在下落摩擦和整车车辆运动状态的共同作用下会出现啸叫现象。曲线段轮轨间的法向力和切向力均会出现振荡，接触区呈现黏滑振荡状态。车轮振动速度谱的峰值频率与车轮特征模态相近，车轮轴向和径向模态的高幅振动是高频啸叫的原因之一。啸叫现象主要出现在前轮上，相同工况下，前后轮声压级相差近20dB，车辆速度和曲线半径对啸叫程度有明显影响，当车辆的曲线通过速度为60km/h时，小曲线半径会出现严重啸叫现象；当曲线半径由200m增大到400m时，最大声压级降低34dB。曲线通过速度由60km/h降至40km/h时，最大声压级下降13dB。

• 单位
  西南交通大学; 航天学院