抗蛇行减振器动态特性分析以及对车辆动力学性能影响研究

基于SIMPACK建立某高速列车动力学模型,主要从橡胶节点刚度、卸荷速度、卸荷力等方面分析了抗蛇行减振器对列车的动力学性能影响,并对各性能参数进行优化选择,同时,从实验角度研究了油液温度对减振器阻尼特性影响。分析结果表明:油温对减振器阻尼特性影响很大;随着卸荷速度的增加,车辆系统动力学性能有所恶化;随着卸荷力的增加,车辆系统动力学性能有所改善;橡胶节点刚度对车辆动力学性能影响与卸荷速度选取值有关。对橡胶节点刚度优化选取在5~10 MN/m范围内变动,卸荷速度选取为0.01 m/s,卸荷力选取为12 k N,此时,车辆动力学性能可以达到最优范围。     

地铁车辆轴箱吊耳断裂机理和试验研究

地铁车辆在正常运营过程中发生轴箱吊耳断裂问题,采用有限元分析方法和线路试验开展断裂机理研究,并对吊耳振动水平进行评估。通过分析振动激扰源和结构响应特性,确定断裂原因和提出解决方案并进行试验验证。仿真表明吊耳第一阶固有模态为横向弯曲,主频约260 Hz;吊耳根部内圆弧处为强度薄弱点,与现场裂纹位置吻合。试验表明轴箱体、吊耳振动水平与线路区间相关,钢轨波磨是导致车辆振动水平激增的主因,波长61.5 mm;钢轨波磨波长、车辆常用速度共同作用导致波磨频率在吊耳固有模态频带内,导致结构共振从而引发疲劳破坏,提出钢轨打磨、优化吊耳结构设计和使用管理条件等解决措施。开展钢轨打磨效果验证性试验,表明钢轨打磨可显著降低吊耳加速度水平,使结构应力降低50%以上,但部分线路仍存在轻微波磨,可根据车辆振动数据特征对波磨路段进行定位从而再次进行打磨。     

动车组车体异常弹性振动原因及抑制措施研究

动车组车体正常运营状态下可以保持十分优异的动力学性能,给乘客创造舒适的出行环境,但在偶然情况下也会出现异常弹性振动,也被称为抖车问题,严重影响车辆运行品质。基于线路实测车轮和钢轨外形,建立考虑弹性车体的动车组刚柔耦合动力学模型,仿真再现了动车组车体异常弹性振动现象,并对异常振动原因进行了研究。结果表明:动车组车轮与钢轨匹配关系异常,轮对等效锥度达到0.65,导致转向架蛇行运动频率达到9～10 Hz,与动车组车体一阶菱形模态频率接近,是引发车体产生异常振动的原因。基于此原因,改善轮轨匹配条件、提升车体一阶菱形模态频率和控制转向架蛇行运动相位关系是抑制异常弹性振动的三大方向。通过仿真分析发现,打磨钢轨和镟修车轮均能改善轮轨匹配关系,进而有效解决抖车问题;提升车体一阶菱形模态频率可将转向架蛇行运动频率与车体弹性模态频率分隔开,从而降低车体异常弹性振动;另外,使前后转向架反相位蛇行运动也可以避免激发车体一阶菱形模态。最终建议对异常振动线路轨道进行打磨处理;对于新设计高速动车组车体,建议提升车体一阶菱形模态频率,以提升了动车组车体对磨耗车轮和异常线路的适应性。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

轴箱转臂定位节点温变特性对车辆动力学性能的影响

为了研究轴箱转臂定位橡胶节点的温变特性以及对车辆动力学性能的影响,对我国某高速动车组轴箱转臂定位橡胶节点进行高低温试验以及动力学仿真。试验结果表明,在固定振动频率与振动幅值条件下,橡胶节点的动态刚度与动态阻尼随温度的上升而下降。橡胶节点刚度与阻尼的变化会造成轨道车辆系统动力学性能的改变,仿真结果表明,蛇行临界速度随环境温度的上升先上升后下降,随着温度的上升,其它动力学性能如平稳性与安全性等指标变化相对复杂。     

车辆-设备耦合系统动态作用力传递特性分析

为了研究多设备悬挂系统与车体间的力传递特性,建立车辆-设备刚柔耦合模型,推导车体、设备的加速度频域响应函数表达式,分别获得车体与单、双层悬挂系统力传递率积分和表达式。研究系统悬挂频率、悬挂位置、双层悬挂系统质量比对传递率的影响。计算结果表明：与双层悬挂系统相比,单层悬挂系统与车体之间传递率较大且受车辆速度影响明显。单层系统在悬挂频率为7 Hz至10.5 Hz时传递率较高;而在双层系统中,增加框架悬挂频率,框架与车体传递率增加;增加设备2 悬挂频率,传递率下降。单层悬挂系统远离车体中部时,能避免出现设备与车辆传递率较大现象,当设备1 的纵向悬挂位置小于6.5 m时,能获得较好传递特性,而悬挂位置对双层悬挂系统传递率影响较小。双层隔振系统质量比对框架-设备2 传递率影响不大,对框架-车体传递率影响显著,传递率随着质量比增加逐渐减小。双层隔振系统中,框架质量越大,车体-框架传递率越小,传递到框架上的力就越小。     

构架三种常用疲劳强度校核方法对比研究

对比分析转向架构架三种常用疲劳强度校核方法的差异。分别采用铁路标准中规定的载荷谱、多刚体系统动力学仿真(Multiple rigid body system dynamic simulation,MRBSDS)技术获取的载荷谱和线路动应力测试应力谱等三种方法对某型地铁拖车转向架构架进行疲劳强度校核。通过准静态叠加法将载荷谱转换为应力谱,准静态叠加法中给出应力响应因子(Stress response factor,SRF)的定义,方便载荷谱和应力谱之间的转换。对比方法是将三种方法获取的应力谱线性外推至100万km进行疲劳等效应力计算。计算结果表明,与线路试验相比,利用标准中规定的载荷谱进行疲劳强度校核略偏保守,MRBSDS方法获取的载荷谱无法准确预测疲劳寿命。应力谱频域分析发现,MRBSDS方法计算疲劳载荷谱应朝采用真实且含有高频信号的线路谱和刚柔耦合模型方向发展。     

基于动力吸振原理的动车组车下设备悬挂参数设计

为降低车体的弹性振动,将车体考虑成弹性欧拉梁,基于动力吸振原理进行多个车下设备的最优悬挂频率设计。建立弹性车体和车下设备的垂向耦合振动数学模型,研究不同设备悬挂频率、联接阻尼、质量和安装位置条件下的车体振动分布规律。建立车辆系统三维刚柔耦合动力学模型,仿真分析在实际线路激扰条件下,车体振动和平稳性随设备悬挂参数变化的分布规律。垂向耦合振动理论分析表明动力吸振原理可用于车下设备悬挂参数设计,验证了用于车体弹性振动减振的可行性和有效性,能够显著降低车体的垂弯模态振动;将大质量设备越靠近车体中部安装时车体的减振效果越好;设备悬挂频率应接近车体的垂弯模态频率,较优的弹性联接阻尼比应满足0.05~0.20。三维刚柔耦合动力学仿真结果验证了理论分析结果,车辆运行速度越高,减振效果越显著。试验台结果表明车下设备采用弹性联接可显著改善高速动车组的乘坐平稳性,与理论和仿真分析结果吻合。     

轨枕支撑刚度和阻尼对小半径曲线钢轨磨耗型波磨影响的有限元研究

基于Brockley轮轨系统的摩擦自激振动引起钢轨的磨耗型波磨的理论,本文建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对－钢轨－轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型,在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积,应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性。计算结果显示,当摩擦系数μ>0.28时,轮轨系统在饱和蠕滑力作用下存在很强的自激振动趋势。这种自激振动可能是引起小半径曲线线路上内轨短波波磨的原因。研究了轨枕支撑弹簧刚度和阻尼对钢轨波磨的影响,发现较软的轨枕支撑弹簧刚度和合适的轨枕支撑阻尼可以抑制曲线线路上内轨的短波波磨。研究也发现,把离散轨枕弹簧支撑改为连续弹簧支撑,仍然不能完全消除这种磨耗型钢轨波磨。     

基于试验与仿真相结合的动应力混合模拟

将已测试位置动应力试验数据用于结构上不可测试位置的动应力时间历程模拟,提出一种试验与仿真相结合的动应力混合模拟新方法。该方法也可用于载荷谱无法准确获取结构或新修改结构的动应力时间历程数据模拟,克服了传统动应力仿真算法要求对结构真实服役环境下载荷时间历程准确获取的限制条件,解决了试验无法直接测量位置动应力时间历程获取的问题,给出了一种基于原服役结构测试数据预测新修改结构疲劳寿命的方法。基于应变模态理论推导了具体实现公式,实例验证了该方法的有效性。研制了相应的动应力混合模拟软件,结合线路动应力试验数据,进行机车车辆转向架未测试位置的疲劳寿命预测和评估。