基于SIMPACK的轮式装备铁路冲击试验仿真研究

　　引 言

　　目前，轮式装备在我军还占有相当大的比重，铁路运输是轮式装备长距离机动的主要途径。军用轮式装备在进行铁路运输时，由于列车在运行中的启动、加速、制动，货车在编组场上进行编组作业，以及在意外事故中车辆或列车间的正面冲突等，都会对车辆产生纵向冲击作用。除了事故冲突外，在正常的情况下，以列车运行时的突然起动，列车低速运行时的紧急制动和车辆编组作业时产生的冲击最为严重，车辆间的最大冲击力一般发生在调车溜放冲击工况下。因此，能否满足铁路输送过程中的冲击要求是确定轮式装备捆绑加固方案是否可靠的重要依据。现场冲击试验是检验轮式装备捆绑加固方案可靠性最直接、最准确的方法。但是由于现场冲击试验组织比较繁琐，耗资巨大，持续时间较长。所以，在制定装备的捆绑加固方案时，不可能对每一件装备都进行现场冲击试验，这就会出现制定出来的某些装备的捆绑加固方案不是最优方案的可能，甚至有可能导致运输过程中的事故发生。本文应用 SIMPACK 对军用轮式装备铁路运输冲击试验进行仿真，从而得出冲击工况下装备和列车的位移、速度、加速度。并对结果进行分析，确定了捆绑加固方案的可行性，为制定装备的捆绑加固方案提供依据。

　　1 SIMPACK 建模

　　1.1 SIMPACK 主要功能

　　SIMPACK 软件是 1985 年由德国宇航局(DLR)开发，并广泛用于航空航天领域，是第一个采用完全递归算法(该算法由 DLR 发明)，利用相对坐标系建立模型的软件。具有高精度解算复杂实际工程问题的强大功能，具有简便易学的用户界面，具有记录和自动处理用户设计过程的能力。

　　利用 SIMPACK 软件可以建立包括铁路机车、货车、轮式车辆在内的完整的动力学模型，模拟机车、车辆的运行品质，包括捆绑加固器材之间的运动学、动力学关系、牵引、制动、曲线通过性能和安全性(例如脱轨、倾覆)、货物编组、限界等，并可实现捆绑加固器材的选材、结构优化。另外，通过 SIMPACK 也可以建立特种装备的虚拟样机模型，通过将虚拟装备模型和虚拟车辆的运行模型关联起来，可以模拟各种危险的工况和某些特种设备需要铁路车辆作为载体时的发射过程等。

　　1.2 SIMPACK 建模的基本流程

　　利用 SIMPACK 软件进行模拟仿真时的步骤如下：

　　(1) 确立真实系统。即明确研究对象，确立一个真实的系统然后对这个系统进行模拟仿真，得出我们所需要的数据，进行分析研究。

　　(2) 对所确立的真实系统进行分析，把各部分分解为刚体、铰、力元素。首先，对模型进行适当的简化，将系统中不研究内部结构的部件以刚体代替，简化模型的复杂性;然后，根据各个部件之间的力的约束关系确定他们之间的铰接形式。