高速列车弹性车体垂向振动与悬挂参数设计

高速铁道客车车体受轨道激扰力的作用产生弹性振动,影响客车运行平稳性。为了分析车体弹性振动与车体悬挂参数关系,基于刚柔耦合动力学原理,建立了客车垂向动力学模型,根据共振理论及模态叠加原理计算了系统固有频率和响应功率谱,分析了车辆系统悬挂参数和运行参数对振动的影响。仿真发现弹性车体振动响应大于刚性车体,车体一阶垂弯振动对弹性振动的贡献最大。在满足结构条件下,适当降低一、二系悬挂垂向阻尼、一系悬挂垂向刚度可减小车体弹性共振,系统各个部件自振频率控制、车体垂向悬挂阻尼控制可实现整车模态及局部有害模态控制。     

列车车辆垂向主动悬挂的最优预见控制研究

以四轴客车为研究对象,建立了四轴客车车辆的6自由度垂向动力学模型,并通过设计最优预见控制器来抑制车辆系统的垂向振动,研究结果表明采用最优预见控制策略能够降低车辆的垂向振动响应,获得较快的系统响应速度,达到满意的隔振效果。     

高速列车横向悬挂系统振动结构研究

研究了高速列车横向悬挂系统的振动结构。为了抑制列车横向振动,提高平稳性,分析了列车横向悬挂系统振动结构的主要矛盾和相互关系。采用Simulink仿真软件建立了17个自由度的列车横向悬挂系统车体模型,以加速度功率谱密度函数为依据,建立了关系函数,对横移、侧滚、摇头振动和前、后端转向架横向合成振动指标相互关系进行了分析。结果表明,列车在高速情况下,在最令人敏感的低频段,摇头振动是引起列车横向振动的主要因素;随着速度的提高,主要影响因素从摇头振动向横移和侧滚振动发生着量的变化。     

高速列车一系横向半主动悬挂控制研究

传统的高速列车半主动控制的控制对象是列车车体振动,往往没有考虑列车轮对的振动。轮对振动影响列车脱轨系数和轮对磨耗,关系到列车安全性和经济性。为了改善列车轮轨动力学性能,对一系横向减振器进行建模与仿真研究,通过设定不同的一系横向阻尼值,分析一系横向减振器对列车动力学性能的影响规律,并将天棚阻尼控制算法应用在一系横向半主动控制上,与被动悬挂情况进行对比。仿真结果表明,在350km/h速度级下,采用一系横向半主动控制比无一系横向减振器,列车的平稳性指标、脱轨系数和轮轨磨耗均得到改善,整体动力学性能得到提高。     

高速列车垂向振动的模拟器再现方法研究

针对目前高速列车驾驶模拟器经典洗出算法模拟垂向振动的不足,提出了一种模糊自整定洗出算法.根据驾驶员在真实列车和列车模拟器中的垂向振动感觉误差及实际列车垂向振动参数与模拟器垂向通道滤波器参数之间的关系进行模糊推理,实现滤波器参数的实时调节.数值计算表明,利用模糊自整定洗出算法得到的感觉误差指数较经典洗出算法降低了14.21%,有效地提高了模拟器的逼真度.     

高速列车牵引电机冷却风机悬挂参数选择

为了获得最优高速列车牵引电机冷却风机双层悬挂参数,对轮轨和设备激励共同作用下的风机悬挂参数选择进行研究。建立车辆-设备动力学模型,并对系统振动响应进行积分求解,探讨刚、弹性悬挂,单、双层悬挂风机的振动特性。根据风机、框架悬挂参数对系统振动特性的影响筛选出最优悬挂参数取值范围,基于风机、框架悬挂参数匹配关系确定最佳悬挂频率比。研究结果表明,风机系统悬挂参数对车辆舒适度影响较小,但会影响风机系统振动,风机采用双层弹性悬挂能显著降低自身振动,当框架悬挂频率比取0.7～0.9,风机悬挂频率比取1.8～2.0时风机系统能获得较好振动水平。根据悬挂参数匹配关系,最终确定风机、框架最优悬挂频率比分别为1.8、0.9。     

μ综合方法在高速列车垂向振动控制中的应用

针对高速轨道车辆簧上质量、弹簧刚度的摄动问题,利用线性分式变换LFT对车辆垂向振动模型进行不确定分析,将模型中摄动参数隔离出来,并根据性能要求选择权函数设计鲁棒μ控制器。以轨道高低不平顺作为外部激励进行仿真,其控制效果与基于名义模型设计的鲁棒H∞控制器进行对比。仿真结果表明:仅存在外部扰动时,鲁棒H∞控制器表现出更优的控制效果;外部扰动和内部参数摄动同时存在时,鲁棒H∞控制器控制效果明显恶化,鲁棒μ控制器表现相对稳定。鲁棒μ控制器在高速轨道车辆垂向振动抑制方面具有较优的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

常导高速电磁悬浮车辆二系悬挂结构对比优化

建立常导高速电磁悬浮车辆系统动力学模型,模型详细考虑了电磁悬浮系统、控制系统电动力特性、悬挂系统的非线性特性。传统高速电磁悬浮车辆为摇枕+空簧+吊杆结构,其结构复杂,制造、维护成本高。探索性提出取消传统摇枕,采用大变位空簧直接支撑车体的二系悬挂方案,并进一步研究无摇枕增设抗侧滚扭杆的二系方案。基于车辆系统动力学模型,从车辆运行平稳性,曲线通过性能等角度,对三种二系悬挂配置下的车辆动力学性能进行对比分析。得出以下结论：有摇枕方案的各项动力学指标均较优于无摇枕方案;相对于无抗侧滚的二系结构,有抗侧滚的车辆车体横向、垂向及侧滚角位移均有所降低,并且已经达到了与有摇枕方案基本相当的水平;无摇枕增设抗侧滚结构的二系悬挂方案能够达到简化车辆悬挂系统结构的效果,同时能够满足动力学性能要求,推荐在日后的结构设计中采用该方案并进行试验验证。     

列车车体结构一阶垂向振动参数研究

基于欧拉-伯努利梁理论,建立了等效车体结构垂向参数的计算参数化模型。为了更精确地计算出车体结构的一阶垂向振动弯曲频率,根据车体截面的不同,将其分成若干段,获取分段的截面信息;基于分段的不平均程度推导出了具有收敛系数的车体一阶垂向弯曲频率修正公式,大大提高了车体的一阶垂向振动弯曲频率解析计算精度。分别以某型地铁车和高速列车车体结构的一阶垂向振动弯曲频率计算为例,对公式的关键参数进行了分析与应用,计算结果表明:公式解析解与有限元解之间的误差分布为2.05%和4.59%,且高速车与其模态实验结果相差1.18 Hz,证明了车体一阶垂向振动弯曲频率修正公式的有效性。     

高速动车组垂向止挡异常振动特性及成因分析

针对高速动车组在运营过程中出现的垂向止挡异常振动,且个别存在明显断裂裂纹的典型振动问题,基于现场车轮粗糙度与振动响应同步测试,分析了镟修前后的车轮非圆特征及其对轴箱及垂向止挡振动特性的影响;采用试验与计算相结合的垂向止挡模态分析,确定了垂向止挡的模态特性,据此分析了高速动车组垂向止挡异常振动的成因。结果表明,测试的高速列车动车组车轮存在较为明显的25～27阶多边形,在192 km/h运营速度下,会对轴箱和垂向止挡形成显著的515Hz频率振动激励。而垂向止挡一阶弯曲模态频率也为510 Hz,且其模态应变最显著区域与断裂裂纹位置一致。由此可判断垂向止挡异常振动是车轮多边形激励引起垂向止挡结构共振所致。车轮镟修可有效减缓或抑制其异常振动,相关研究可为高速动车组减振降噪提供参考。     

高速列车及其减振系统的发展趋势

分析比较摆式高速列车，轮轨高速列车和磁悬浮高速列车各自特点及其在国内的可行性；重点着眼于车辆悬挂系统，阐明被动、主动和主主动悬挂系统的发展过程，从基本结构及功能原理的角度分析这几种悬挂模式的优劣；根据现有复杂非线性系统的控制方法探讨主动与半主动悬挂所应采取的有效控制策略；总结出车辆悬挂系统应重点研究半主动新型智能减振器、有效可靠的控制器、机电一体化建模、悬挂系统的安全性等。     

城轨列车悬挂系统显遗传自适应模糊控制

为有效抑制城轨车辆行驶时悬挂系统出现的横向振动,提升车辆平稳性与舒适度,引入调控效果优于传统模糊控制的显遗传自适应模糊控制方法,扩展其收敛条件并证明其适用于城轨列车悬挂系统,扩大了该方法的使用范围。在Matlab/Simulation中根据时速为80km/h的某型城轨列车参数搭建车辆悬挂系统模型,并设计了显遗传自适应模糊控制器。仿真实验结果表明,显遗传自适应模糊控制对城轨列车悬挂系统横向振动抑制效果良好,在其控制下列车横向合成加速度、横移振动加速度、侧滚振动加速度以及摇头振动加速度的最大值、均方根值以及功率谱密度值均有所降低。与普通模糊控制相比,显遗传自适应模糊控制能够有效抑制城轨列车横向振动,大幅度提高乘客舒适度。     

高速电主轴永磁体减振系统的设计

利用永磁体的同极相斥及磁力随距离的增大而减小的基本原理,使电主轴内部减振系统的两组环形永磁体形成对转轴的径向约束和实现增加系统阻尼的作用,抑制和减小电主轴转子在径向方向上的振动。在实现高转速的前提下,使之振动大大减小,提高电主轴的回转精度。     

内外激励下高速列车齿轮箱箱体动态响应分析

对高速列车齿轮箱箱体结构的动态响应特性进行分析。对齿轮传动系统内部和外部动态激励进行数值模拟,建立考虑轮齿啮合的高速列车动力车整车动力学模型,内部激励主要考虑齿轮的时变啮合刚度、轮齿啮合阻尼和传递误差,外部激励主要考虑异步电动机的谐波转矩和轨道激励,得到恒功率牵引工况下齿轮传动系统的动态载荷。建立齿轮箱箱体的有限元模型,利用直接积分法分析动态载荷作用下箱体的动态响应,并针对相关频率进行谐响应分析。结果表明,考虑轮齿啮合才能得到齿轮传动系统的高频振动,箱体结构能够满足正常的运营需求,异步电动机谐波转矩频率和齿轮啮合频率在箱体动态响应的主频中都有体现,在箱体结构设计时,应注意箱体自身模态频率与外界频率的错开,以免发生共振。     

高速列车驾驶界面设计中的照明眩光评估

高速列车驾驶环境中的照明眩光对界面设计有着十分重要的影响,如何在设计阶段对眩光进行有效的评估,是目前高速列车驾驶界面设计中面临的一个难题。针对高速列车驾驶界面照明环境复杂,眩光源的形状和边界难以判定,眩光计算参数值难以准确采集等问题,提出一种基于统一眩光评估(Unified glare rating,UGR)公式和小光源UGR修正公式的高速列车驾驶界面照明眩光评估模型,在利用视觉仿真方法获得包含驾驶员视觉仿真图像及其每一像素点光度学信息的基础上,通过对视觉仿真图像内的眩光源像素点进行判定、整合和筛除,获取高速列车驾驶界面照明眩光评估模型计算参数值,实现高速列车驾驶界面的眩光评估。采用被试主观评价试验对CRH3型车驾驶界面的12种照明方案进行眩光评估,并与提出的基于视觉仿真的照明眩光评估方法的计算结果进行对比分析,分析结果表明提出的方法与主观感受具有显著的线性关系。该方法可在设计阶段对高速列车驾驶环境照明眩光进行有效评估,为驾驶界面相关设计与优化提供指导。     

高速电主轴冷却系统设计与研究

针对高速电主轴的发热问题,利用能量转换公式进行分析,从而找到主要热源。采用轴心一轴套联合冷却以及轴承座圈下润滑的冷却系统,对高速电主轴的转子和定子进行冷却,从而在根源上降低高速电主轴的转子和定子的温度,提高高速电主轴的热稳定性,减小它的热变形。最后使用数值计算方法对设计结果进行分析,数据表明主轴的温度得以降低,达到了设计的预期目的。     

高速列车风道传声特性及其优化设计

空调系统噪声是高速列车静置噪声的主要噪声源之一,改善风道传声特性是其减振降噪的关键所在。针对某高速列车阻抗复合消声风道结构,采用FE-SEA混合法,建立了风道传声特性分析模型,计算了100～3 150 Hz频率区段的风道传声特性,同时,基于声学有限元法计算了风道结构的声学模态,并据此分析了风道传声损失峰值和谷值的成因。为提高风道传声损失,分别从声学阻性和抗性优化两方面着手,对风道进行优化,包括选材、吸声包数量和位置等优化设计。计算结果表明：吸声选材优化可显著提高其传声损失,最大可达11.3 dB;吸声包数量和位置优化可提高其传声损失4.8 dB;阻抗复合优化方案最高可提高风道传声损失15.6 dB。相关结论可为高速列车空调系统减振降噪提供参考。     

一种施工升降机新型悬挂系统设计及其振动分析

根据施工升降机悬挂系统吊笼振动情况,设计一种新型的悬挂系统,可有效驱动吊笼,具有良好的减振和超栽限制功能,可降低吊茏的振动强度和限制吊笼的超载运行,减缓机构在起制动过程中对吊笼形成的动态冲击,分析了新型悬挂系统的振动响应及减振性能.     

汽车转向系与悬架系统匹配优化设计

针对汽车上的两个重要组成部分转向系和悬架系统之间在实际运动中所存在的干涉问题,以扬子皮卡车为研究对象,分析了非独立悬架与转向系的匹配关系.基于多刚体系统动力学和空间机构运动学理论,针对常见的独立悬架中的双横臂独立悬架与转向系的空间运动进行了分析,并且运用MATLAB软件编写了仿真程序.在对仿真结果进行分析的基础上,建立了目标函数,进行优化设计.通过比较优化前后仿真的结果可以看出优化后明显好于优化前.