车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。     

基于几何滤波效应的高速列车牵引变压器悬挂参数设计

为了对高速列车牵引变压器悬挂参数进行设计,提出了一种基于几何滤波效应的变压器悬挂参数设计思路。建立车辆-变压器耦合系统模型,推导了车辆振动响应功率谱密度函数,并从轨道不平顺激励函数、车辆设备耦合系统频响函数、车辆系统振动响应谱密度函数的角度出发探讨了滤波效应对车辆系统振动特性的影响,通过将变压器悬挂频率设计为滤波频率来衰减车体的弹性振动。研究结果表明:在低频范围车体极易因为轨道低频激励能量过大引起车体产生强迫振动;两种典型速度下,车体的低阶垂弯模态与轮轨激励共同作用导致车体产生较大振动幅值;车体的高阶垂弯模态因为滤波效应或者激励能量过低导致车体在高阶垂弯模态频率处振幅较小;对于设计时速250 km/h的高速列车,其变压器悬挂频率设计为9.8 Hz能显著衰减车体的弹性振动。研究结果可以为高速列车车下设备悬挂参数设计提供指导意义。     

车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。     

铁道客车车体弹性振动减振研究

铁道客车高速化和轻量化导致车体产生了严重的垂向弹性振动。为了研究弹性振动的减振方法,在将车体考虑成两端自由等截面欧拉梁的基础上,建立了铁道客车刚柔耦合垂向动力学简化模型。计算了系统各部件的固有模态,并确定了车体弹性振动的计算阶数。进行车体弹性振动幅频特性分析,给出了车辆系统悬挂参数和车体结构参数对弹性振动的影响。提出采用粘弹性约束阻尼层来减小车体的弹性振动。仿真结果表明:弹性车体模型的振动大于刚性车体;车体一阶弯曲振动对弹性振动的贡献最大;为了减小车体的弹性振动,车体垂向弯曲自振频率应该足够大于2倍构架浮沉自振频率,但应小于构架结构振动自振频率。应采用适当的一系、二系垂向阻尼和提高车体结构阻尼来衰减车体弹性振动。约束阻尼处理能够提高车体结构的损耗因子,可以明显地衰减车体弹性振动。     

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。       

基于改进的EMD方法提取车辆-轨道垂向耦合系统动态特性

提出利用一种改进的经验模态分解（EMD）方法提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。该方法以改进的极值域均值代替极值点包络线的均值来提高局部均值的求解精度,以边界波形匹配预测法来抑制端点效应。基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立客车-弹性支承块无砟轨道垂向耦合动力学模型,计算车辆-轨道耦合系统在波浪形磨损和轨道不平顺组合激励模型下的振动响应。运用改进的EMD方法对系统的振动响应进行经验模态分解,并且对轮轨力、转向架和车体加速度的本征函数进行分析和比较。研究结果表明：改进的EMD方法自适应地将振动响应分解成本征函数,能有效地提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。     

基于磁流变悬置的动力装置垂向隔振控制与试验研究

悬置阻尼宽频可控对动力装置实现积极隔振具有重要意义。分析了基于挤压模式的磁流变半主动悬置工作原理和阻尼特性,在建立动力装置垂向隔振模型的基础上,设计出模糊自适应隔振控制器,用量化、比例因子自调整算法降低不同工况下动力装置垂向激励力的传递;给出了一种改进的天棚控制算法,通过抑制动力装置振动来降低能量传递。设计出动力装置隔振台架试验系统,在不同工况下进行了隔振对比试验。结果表明,在动力装置处于中低转速时,可控磁流变悬置能在宽频范围内把力绝对传递率抑制到25%内,隔振效果优于橡胶悬置;而磁流变悬置垂向隔振方法中,兼顾振动传递率和激励频率的模糊自适应控制,优于通过抑制动力装置自身振动来隔振的天棚控制。     

基于傅里叶幅值检验扩展法的轨道车辆垂向模型全局灵敏度分析

为筛选明显影响轨道车辆垂向振动特性的设计参数,简化车辆模型参数优化设计过程,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法对典型轨道车辆垂向模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明,二系悬挂与一系悬挂阻尼变化对车体沉浮运动影响较一系悬挂刚度大;调整车辆定距也会影响车体点头运动;模型设计参数间存在微弱的交互作用。所用该研究方法及结论对轨道车辆模型的振动特性研究及参数优化设计具有一定参考价值与工程意义。     

单车过桥下弹性车体共振与消振现象分析

为研究弹性车体振动对车桥系统动力响应影响,将车体视为两端自由的均质等截面欧拉梁、转向架及轮对视为刚体,利用模态叠加法考虑简支梁变形,用轮轨密贴接触假设建立单车通过多跨简支梁的车桥系统动力学方程,并用Newmark-β数值积分法求解系统动力响应。以一系列正弦不平顺为系统激励,研究不平顺激扰下弹性车体共振与消振现象。结果表明,弹性振动主要改变车体的振动量,对桥梁振动反馈作用较小;弹性车体共振被激发时其动力响应被显著放大,共振速度由车辆定距与车体弹性自振频率决定;因存在轴距滤波,当不平顺波长满足弹性车体消振发生条件时车体动力响应被显著抑制。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究EI北大核心CSCD

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

钢轨吸振器对高架结构垂向振动的影响

建立带有钢轨吸振器的高速铁路高架结构板式轨道与桥梁垂向耦合振动模型,分析钢轨吸振器对轨道和桥梁结构垂向振动的影响。模型已考虑了钢轨吸振器、板式轨道结构及桥梁间的耦合作用。钢轨吸振器被视为两自由度的质量-弹簧系统,钢轨、轨道板和桥梁被视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联接。利用动柔度函数,得到吸振器-板式轨道-桥梁系统垂向振动响应的解析表达式,并以轮轨表面粗糙度谱作为激励求解模型的振动响应。研究结果表明：钢轨吸振器在180 Hz～300 Hz及700 Hz～1 000 Hz频段内对整个高架轨道系统的位移幅值及相位、振动衰减产生较明显的影响;同时,在轮轨表面粗糙度谱的激励下,带有钢轨吸振器的轮轨系统的轮轨力在pinned-pinned频率处明显减小,在前两阶自振主频附近钢轨吸振器对整个高架轨道系统结构振动的影响较明显。     

CRTSIII型板式无砟轨道桥梁区段动力学分析

通过建立CRTS III型板式无砟轨道-高架箱梁桥有限元模型，以德国低干扰谱激励下的轮轨垂向力为输入，对CRTS III型板式无砟轨道桥梁区段的高架线路动力学响应进行研究。研究结果表明：板壳单元很好地体现高架箱梁桥低频时的整体和局部振动情况，高架箱梁桥自振时顶板变化最为复杂，翼板在20阶以后振动加剧；德国低干扰谱激励下的高架箱梁桥的振动主要集中在200 Hz以下，与其他轨道型式类似；CRTS III型板式无砟轨道结构可明显降低高架箱梁桥结构在0-50 Hz频段内的低频振动，是一种具有良好减振作用的轨道结构型式。     

车下有源悬吊设备与车体耦合振动研究

通过对我国高速动车组进行线路试验,发现车下有源旋转设备的不平衡质量所引发设备颤振会与车体地板发生耦合振动,影响车辆动力学性能。为研究有源车下设备与车体耦合振动特性,考虑车体的弹性振动,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析有源旋转设备不平衡量对设备和车体振动的影响。结果表明,有源设备在特定频率范围内容易激发车体的低阶模态,随着不平衡量增加,导致车体振动逐渐增大。为减小车下有源设备振动对车辆动力学性能影响,进行有源设备悬挂参数匹配研究,得出最佳悬挂刚度和阻尼;同时提出有源旋转设备的两级隔振方案,研究发现两级隔振方案能够有效降低车体垂向振动,最大可减小约26%。     

Measurement and analysis of vibration levels for express logistics transportation in South China

Trunk transportation and terminal distribution are two important parts of express delivery in China. Heavy truck and medium truck are two main vehicles of trunk transportation. Mini van and two‐wheel electric bicycle are widely used for terminal distribution. Four vehicles mentioned previously and a sedan car were chosen for vibration level measurement and analysis in this paper. The results revealed that vibration levels were significantly higher in the vertical axis, and decreased with the increase of payload, and increased with the increase of speed again. Similar power spectral density peak frequencies were found in a comparison study with previous results in the low‐frequency region (1‐10 Hz), occurred at approximately 2 Hz in the van and sedan car and at 3 to 4 Hz in the truck and at 4 to 5 Hz in the two‐wheel electric bicycle. Except the two‐wheel electric bicycle, the second peak frequency occurred at approximately 20 to 30 Hz in the sedan car and at 10 to 20 Hz in the mini van and at 20 to 40 Hz in the heavy truck, which were also similar to the previous studies. Vibration levels of the sedan car were the lowest, and the trunk transportation vehicles (heavy truck, medium truck) were the highest. The terminal distribution vehicles (mini van, two‐wheel electric bicycle) were somewhere in the middle.     

高速列车车下设备模态匹配研究

建立了整备状态车体有限元模型及包含车体弹性的高速列车车辆刚柔耦合动力学模型,分析了车下设备吊挂方式对车体整备状态模态参数的影响,提出车下设备隔振橡胶件参数设计方法,并研究了整备状态下车体与车下设备悬挂模态参数的匹配关系。结果表明,车下设备采用弹性吊挂时,车体整备状态下的模态频率显著提升;合理设置车下设备隔振悬挂参数可有效降低车体弹性振动,算例中,当橡胶件的静挠度设置为8~9 mm时,设备浮沉频率可与车体垂向一阶弯曲频率避开,侧滚频率可与车体菱形变形模态频率避开,有源设备高频振动减振效果理想,车辆可以获得优良的运行平稳性,同时车下设备自身振动亦不剧烈。     

铁路卧铺客车人体振动舒适性建模与仿真

铁路卧铺客车乘客在卧姿状态下所承受的全身振动是影响其乘用舒适度的主要因素。研究了卧姿人体垂直振动模型,在铁道车辆二系悬挂动力学模型基础上,考虑卧铺的隔振作用与卧姿人体的垂直振动响应特性,建立了14自由度"人-铺-车辆"振动系统空间垂向耦合动力学模型,研究了在轨道随机不平顺激励下的卧姿人体垂直振动响应。应用卧姿人体全身振动舒适性评价标准,建立了铁路卧铺客车人体振动舒适性仿真流程。通过对人体头-臀二部位加速度均方根值先后进行部位计权和频率计权,得到卧铺客车卧姿人体振动舒适性指标。以M atlab为工具编制了卧铺客车人体振动舒适性仿真软件,交互输入车辆与人体的结构和动力学参数后,自动完成卧姿人体振动舒适性仿真计算,进而为铁路卧铺客车人体振动舒适性分析及车辆悬架参数优化提供了有效分析手段。     

基于遗传神经网络的履带行驶系统载荷识别方法

针对煤矿掘进机器人履带行驶系统工作环境恶劣,载荷无法直接有效获取这一工程实际问题,提出了基于遗传神经网络的振动信号载荷识别方法。构建了遗传算法(GA)优化BP(back propagation)神经网络载荷识别模型,采用路试法试验采集了履带小车的5组振动加速度数据和单组应力载荷数据,探讨路面不平度频率和驱动轮啮频等对履带车振动和应力载荷的影响规律;借助快速傅里叶变换(FFT)对原始应力载荷数据进行去噪处理,依据履带小车行驶平顺性指标,利用sym8小波函数对振动加速度信号进行5层特征提取以提高载荷识别的精度,然后将5组小波变换分解的加速度数据和滤波后的应力载荷数据分别作为GA-BP神经网络的输入和输出进行训练及验证,揭示了履带行驶系统运动过程中振动与应力载荷之间的关系。研究结果表明,路面不平度频率、驱动轮啮频及转频为小车振动的主要频率成分,路面不平度引起的振动频率为13.765 Hz,驱动轮啮频为68.25 Hz,转频为3.25 Hz。多组试验得到的BP神经网络最佳隐含层神经元数为63,GA-BP神经网络识别的应力载荷与期望应力载荷具有较高吻合度,相对误差为4.5%,验证了该方法的有效性...     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

缩尺比例车辆-轨道垂向振动实验系统研究

在分析车辆-轨道垂向耦合振动模型基础上提出基于相似性原理的缩尺轨道垂向振动实验台,具体阐述其关键参数的计算方法;基于轨道车辆运行设计沿轨道纵向运行的加载小车,实现车辆载荷移动加载;基于虚拟仪器技术实现实验台控制及数据采集。通过对缩尺实验台动力学模型数值仿真、实验结果表明,该缩尺轨道垂向振动实验系统能模拟车辆-轨道垂向耦合振动的低频振动特性。     

Effects of uncertain suspension parameters on dynamic responses of the railway vehicle system

Due to the manufacture error, design tolerance and time-varying factors, the suspension parameters of railway vehicles are always uncertain. This paper investigates the stochastic vibration of the railway vehicle system with uncertain suspension parameters. The energy method and Hamilton’s principle are adopted to derive the governing equations of the deterministic railway vehicle system, in which the rigid and flexible modes of the railway car body can be considered. Based on the deterministic model, the polynomial chaos expansion (PCE) method is further employed to perform the uncertain analysis of the railway vehicle system. The global sensitivity analysis of the stochastic response of the railway vehicle with uncertain parameters is further carried out based on the PCE method and Sobol indices. The accuracy of the proposed method is validated by comparing the obtained random results with those from the published literature and satisfactory agreements can be observed between them. Furthermore, the effects of uncertain suspension parameters on the stochastic vibration characteristics of the railway vehicle system are discussed, which can be used as the reference for the dynamic design of the railway vehicle system. The numerical results show that the computational efficiency of the PCE method is significantly improved compared with the Monte Carlo method.