直线电机振动特性对车轮多边形问题的影响研究

针对国内某地铁车辆因车轮多边形造成舒适性差的问题展开动力学仿真和线路测试研究。理论上简要分析了车轮多边形产生的原因并建立地铁车辆动力学模型,计算得到转向架各部件的振动固有频率,并发现车辆平稳性在40 km/h速度下异常恶劣。建立以轨道不平顺为输入、电机位移为输出传递函数,分析了40 km/h速度下车轮多边形产生的外部激励43.6 Hz与直线电机垂向固有频率接近从而导致电机发生共振,进一步加剧了车轮多边形恶化。线路跟踪实验表明,车体上的平稳性指标同样在40 km/h时异常恶化,恶化程度随车轮多边形波深增大而加剧。归纳提出以异常振动速度为切入点,对车轮多边形问题分析的仿真和线路实验方法。最后对直线电机悬挂参数进行优化,消除剧烈振动,提高了乘坐舒适性。     

均载组合式小轮径货车转向架车轮型面优化设计研究

小轮径转向架技术是驼背运输车辆的关键技术,小轮径低地板驮背车车轮型面磨耗问题严重,对其动力学性能造成严重影响,为了进一步提升其服役性能,对小轮径低地板驮背车车轮型面进行优化设计。首先建立小轮径低地板驮背车动力学模型,然后利用轮径差反向设计方法对车轮型面进行优化,最后利用车辆动力学模型对优化后型面的车辆动力学性能和磨耗特性进行验证分析。结果表明,优化后型面进一步降低了车轮等效锥度,同时减小了轮轨法向接触应力。通过对比优化前后动力学特性,优化后车轮型面有效提升了空重车状态下的临界速度,空车临界速度较LM踏面提高23.3%,重车临界速度较LM踏面增大17.54%。同时优化后型面有效提升了车辆的平稳性和曲线通过性能,最后利用车轮磨耗模型计算了直线段和曲线段的车轮磨耗,优化后曲线外侧车轮磨耗最大深度减小54.8%,曲线内侧车轮磨耗最大深度减小48.13%,型面优化可以有效减小小轮径低地板驮背车直线段和曲线段的车轮磨耗,为抑制车轮磨耗,提升服役性能具有重要作用。     

直线电机地铁车辆悬挂的振动研究

由于直线电机地铁车辆电机悬挂具有特殊的结构形式,因此其振动特性也具有不同于传统电机悬挂车辆的特点。为了研究直线电机地铁车辆的振动特性,从结构上分析直线电机的定位方式,并对其振动特性进行分析,然后分别研究在未计直线电机法向力的情况下直线电机悬挂结构对转向架振动特性、轮轨相互作用及轮轨激励传递特性的影响。研究结果表明：直线电机的垂向振动和横向振动存在一定程度的耦合,且直线电机定位结构对转向架的振动和轮轨关系都具有极大的影响。     

高速动车组抗蛇行减振器参数优化研究

蛇行运动是轨道车辆的固有属性,随着高速铁路的发展,高速动车组稳定性问题越来越突出,抗蛇行减振器对于车辆稳定性具有重要影响,通过优化抗蛇行减振器参数可以有效提升高速动车组运行性能。本文建立高速动车组车辆动力学模型,利用超拉丁采样选取减振器设计参数,并采用 KSM 模型进行动力学响应分析,最后采用 NS?GA?Ⅱ算法对抗蛇行减振器参数进行优化,并对优化前后的动车组动力学性能进行对比。结果表明：优化后参数下,XP55 标准车轮临界速度提高 15.28%,达到 463.8 km/h, XP55 磨耗车轮临界速度提高 13.71%。优化后参数进一步提升了车体的平稳性和舒适度,轮轴横向力减小。同时优化后参数降低了新轮工况和磨耗车轮工况下的车体和转向架横向加速度幅值,抑制了车辆横向振动。分析了减振器参数优化对接触点位置和车轮磨耗指数的影响,优化后参数减小了车轮横向接触点横移,速度为 250 km/h 时,XP55 标准车轮磨耗指数减小 14.65%,XP55 磨耗车轮磨耗指数减小 15.8%。因此,抗蛇行减振器参数优化后可以有效提高车辆稳定性和运行性能。     

基于速差反馈的独立车轮曲线通过性能分析EI北大核心CSCD

为解决独立车轮在直线和大半径曲线上的自导向能力不足和耦合轮对在小半径曲线上通过能力有限的问题,从胎-地接触力学角度分析了汽车差速器差速原理,引出了机械差速器和等转矩分配差速策略应用于铁道车辆的适应性。根据车轮运动状态,理论推导了曲线半径分界点的存在。提出了一种独立车轮电差速控制方法,建立了独立车轮轻轨车辆的动力学模型和基于速差反馈的控制模型,并根据电机特性,选取控制系统关键参数。通过SIMAT联合仿真,分析了不同半径下独立车轮轻轨车辆的曲线通过性能。结果表明:通过小半径曲线时,差速轮对曲线通过性能较优,动力学行为类似于独立车轮;通过大半径曲线时,同速轮对曲线通过性能较优,自导向能力和动力学行为类似于耦合轮对;通过中等半径曲线时,两种控制方式的车轮曲线通过性能差距缩小,且存在交叉互换的曲线半径分界区,分界区位于500～600 m。     

基于速差反馈的独立车轮曲线通过性能分析

为解决独立车轮在直线和大半径曲线上的自导向能力不足和耦合轮对在小半径曲线上通过能力有限的问题,从胎-地接触力学角度分析了汽车差速器差速原理,引出了机械差速器和等转矩分配差速策略应用于铁道车辆的适应性。根据车轮运动状态,理论推导了曲线半径分界点的存在。提出了一种独立车轮电差速控制方法,建立了独立车轮轻轨车辆的动力学模型和基于速差反馈的控制模型,并根据电机特性,选取控制系统关键参数。通过SIMAT联合仿真,分析了不同半径下独立车轮轻轨车辆的曲线通过性能。结果表明:通过小半径曲线时,差速轮对曲线通过性能较优,动力学行为类似于独立车轮;通过大半径曲线时,同速轮对曲线通过性能较优,自导向能力和动力学行为类似于耦合轮对;通过中等半径曲线时,两种控制方式的车轮曲线通过性能差距缩小,且存在交叉互换的曲线半径分界区,分界区位于500～600 m。     

地下直线电机牵引地面车辆分析研究

提出了一种地下直线电机牵引地面车辆的创新交通方式,对其基本原理进行了简单的介绍,并建立了相应的动力学仿真模型。在此基础上分析了传统直线电机悬挂结构对车辆性能的影响,并对比分析了地下直线电机车辆与传统直线电机车辆的动力学能行与能耗情况,结果表明地下直线电机的动力学性能及能耗情况均优于传统直线电机车辆。     

副构架直线电机转向架车辆动力学及振动研究

为了改善直线电机车辆动力学性能,提出了在轴箱上增加副构架,建立了其整车动力学模型,并对有无副构架的两种车辆在一定速度下进行频域和时域仿真,计算了车辆主要振型和曲线通过的主要性能.结果表明存在副构架转向架的车辆其直线稳定性高,通过小半径曲线时与车辆轮轨磨耗相关的指数较小,当通过较大半径曲线时,性能比无副构架的车辆稍差,但绝对值保持在一个相对较低的水平.     

高速列车转向架技术研究

高速铁路运营对转向架技术提出了更高要求,为能设计出性能更优越的动车组转向架,调查了中国高速动车组的线路条件、动车组的车轮踏面磨耗情况,分析轮轨匹配关系;动力学分析中考虑了转臂节点、抗蛇行减振器、空气弹簧等部件的非线性特性,橡胶、减振器等减振元件高低温变化条件下车辆参数的变化,电机弹性悬挂方式等,在实际轮轨匹配关系基础上建立了车辆系统动力学模型。动力学系统仿真选择了最优悬挂参数,结合部件台架测试对悬挂元件进行了工程化设计;为掌握转向架服役周期内关键部件可靠性,对运用动车组转向架进行了大量的动应力测试,系统分析了中国无砟轨道条件下转向架主要承载区域载荷随车辆运营周期、不同气候条件、不同线路条件下的变化趋势,建立了中国高速列车载荷谱体系。通过结构、悬挂、传动、制动、焊接、降噪、轮轨等系统集成,形成高速列车转向架技术体系。     

高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析,首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型,并通过实测数据对动力学模型进行验证;然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律,最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明：蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大,同时蛇行幅值越大,车轮磨耗越大,在长距离蛇行状态运行200 000 km后,可以看出踏面磨耗主要集中在-40～30 mm之间,车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此,在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性,避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。     

地铁A型车辆转向架设计

本文主要介绍了适用于地铁A型车辆的A型车转向架的整体结构、主要技术特点和技术参数,构架、车轴、车轮等重要部件的技术特点及强度计算结果,整车动力学性能计算结果。各项计算结果均满足标准要求。     

直线电机地铁车轨系统动力响应分析

直线电机地铁系统是一种新型的城市轨道交通模式,它采用直线感应电机牵引,轮轨支撑导向。根据系统特点,建立直线电机地铁系统垂向车辆-轨道耦合模型。在此基础上编制计算机仿真程序,分析确定性不平顺对车辆和轨道动力响应特性及直线电机气隙变化的影响规律。     

直线电机列车-桥梁系统动力分析

根据架悬式和抱轴式两种电机安装方式特点的不同,推导了直线电机(LIM)列车车载电机与桥上感应板间的竖向电磁力的表达式,建立了用于进行LIM列车和桥梁振动分析的力学模型,重新定义了LIM车辆的脱轨系数和轮重减载率,并对这两种电机安装方式下的车桥系统动力特性的差别进行了讨论.以一座三跨(45.5 m + 65 m +45.5 m)连续刚构桥为工程实例,使用专门编制的计算机程序计算了LIM列车过桥时的列车-桥梁系统的耦合动力响应.计算结果显示,抱轴式LIM列车的运行安全性与平稳性要优于传统列车,具有优越的动力性能.     

地铁车轮磨耗对轮轨接触特性及动力学性能的影响

对某地铁线路轮轨磨耗进行测试,分析实测型面与CN60钢轨匹配的轮轨接触几何关系,并利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论对轮轨接触力学特性进行分析。利用UM多体动力学软件建立某B型地铁车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆动力学性能及轮轨接触损伤特性的影响。结果表明:该线路车轮踏面磨耗较均匀,存在明显轮缘磨耗现象。不同运行里程下实测车轮踏面外形基本相似,导致车轮磨耗对轮轨接触几何关系、轮轨接触力学特性及车辆动力学性能的影响较小。实测轮轨匹配下的动力学性能略有下降。随着运行里程增大磨耗指数变化不大,表明车轮磨耗稳定。车轮磨耗后表面疲劳指数大于标准型面,出现滚动接触疲劳的可能性增大。     

中国科技馆磁浮展车刚-弹性动力学建模和转向架固有频率分析

以中国科技馆载人磁浮车演示车为原型,将其转向架视为刚、柔体组合,基于多体动力学整车分析,建立了11个自由度的刚-弹性车辆动力分析模型,解算了转向架的固有频率,探讨了影响转向架固有频率特性的主要参数.结果表明:转向架的扭转频率与悬挂弹簧刚度为叠加关系,扭转刚度几乎不受弹簧刚度影响;转向架相对于其它广义坐标的固有频率受悬挂弹簧刚度的影响较大;除扭转外,转向架的其它运动均有动力学耦合.     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。       

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

Experimental results of the single- sided linear induction motor

This report describes the electrical performance characteristics of the signle-sided linear induction motor (SLIIM), based on data acquired while propelling a MAGLEV test vehicle (HSST-01) over the speed range up to 300 km/hr. The experimental results of the LIM electrical characteristics are compared with those calculated by the analysis using the magnetic field equations. Further, we introduce the field current control by slip speeds adopted while the engine-alternator system is being used for the power supply to the LIM. We have been successful in accelerating the vehicle smoothly and in alleviating the influence of the normal force, especially the undesirable attractive force, by this control.     

车辆系统振动的理论模态分析

将车体和转向架看成弹性体,采用有限元方法,建立用空间梁单元描述的具有50个自由度的车辆系统力学模型,并以客车为例研究其垂向振动的固有特性,所得结果既反映系统动力学性能,又为动态响应计算和分析找下基础。     

地铁车辆内部空间属性的设计研究

目的为乘客提供良好的乘车环境,同时也为创造符合国家发展和时代需求的地铁车辆内部空间环境提供新的思路。方法以地铁车辆内部空间属性为基础,把个人空间和公共空间作为支撑点,通过对其内部结构与设计原则的分析,结合相关领域的知识与实际案例进行研究。结论通过对地铁车辆内部空间中个人空间与公共空间交互关系的研究,并运用科学的理论和方法进行设计,提高地铁车辆内部舒适度,创造一个更加良好的乘车环境。