高速列车受电弓气动噪声频谱分析

受电弓是高速列车上主要的气动噪声源,而受电弓气动噪声又是宽频噪声,其气动噪声的声压级和频率可能达到多大的水平目前还没有定论。利用斯特劳哈尔数和圆柱绕流数值计算,依据受电弓杆件最小直径估算了其峰值计算频率。基于Lighthill声类比理论的混合方法,计算分析了某高速列车受电弓的表面偶极子声源大小及分布,并以此为基础,计算了受电弓的远场气动噪声。计算结果表明:支撑滑板、转轴是受电弓的主要气动噪声源;随列车运行速度的提高,受电弓远场气动噪声增大,最大声压级所对应的频率值增大;受电弓宽频噪声的高声压级频段持续到接近3000Hz,与车体的气动噪声相比,其高声压级持续的频段更宽。     

高速列车转向架上方客室噪声传递路径分析

为实现列车低噪声设计,给乘客营造良好的乘车环境,需要对列车车内噪声贡献来源进行探究,而目前对于各个速度下高速列车车内噪声贡献来源的研究还不够全面,全面分析列车车内噪声贡献来源对于实现高速列车噪声与振动控制具有重大意义。基于工况传递路径分析(Operational transfer path analysis,OTPA)方法,以带有受电弓的拖车端部(转向架上方)客室内距离地板1.2 m处噪声作为目标响应点,建立列车客室内噪声的传递路径分析模型,详细分析车内噪声的传递路径贡献量以及声源贡献量。结果表明,列车低速运行时转向架区域贡献占主导地位,当高速列车速度高于300 km/h时主要贡献位置变为受电弓与顶板区域。车外噪声激励以结构传声的形式传播为主,空气传声对车内噪声影响不大。牵引拉杆振动在160～315 Hz的1/3倍频程频带内贡献量较大,受电弓区域振动在250Hz的1/3倍频程频带处贡献量最大,抗侧滚扭杆振动在630Hz的1/3倍频程频带处是主要贡献量。研究结果可为轨道交通车辆噪声与振动控制措施提供指导方向。     

汽车暖通空调气动噪声仿真

为研究汽车暖通空调气动噪声特性,以某车型汽车暖通空调为研究对象,通过风阻试验对滤清器和蒸发器进行等效处理,建立仿真模型;基于流体动力学和气动声学理论,结合宽频带噪声源模型和FW-H模型,预测声源分布和噪声特性;将仿真结果与试验结果进行对标验证,出风口风量最大误差为6.7%,最小为2.1%,噪声频谱特性具有较高的一致性。结果表明,Curle噪声源主要分布在鼓风机和空调箱壁面,近场以旋转噪声为主,远场宽频噪声占主导。可适当通过减小叶片与空气接触面积、增加叶片数量、调整蜗舍角度和间隙、增加导流装置等措施降低暖通空调工作时产生的噪声,为汽车暖通空调前期开发提供一种研究方法。     

抗侧滚扭杆支座的疲劳特性和结构优化设计

抗侧滚扭杆是轨道车辆转向架上与空气弹簧协同工作,弥补空气弹簧抗侧滚刚度不足,减小车体柔性系数的重要装置部件。其主要由扭杆、扭臂、拉压杆和铰接元件组成。其中的支撑座是安装于转向架或者车体,支撑扭杆的重要零件,其结构多种多样,疲劳寿命十分关键。本文使用计算机仿真软件ANSYS WORKBENCH 15.0对支撑座的结构进行了仿真,预测其疲劳寿命和失效模式,并分析了结构参数和材料对寿命的影响作用。最后对支撑座结构作优化设计,并制作实际样品进行工况试验,验证其效果是否符合优化设计。     

高速列车受电弓导流罩气动噪声特性分析

针对高速列车受电弓区域气动噪声问题,采用大涡模拟和FW-H声学模型重点对列车在250 km/h、350 km/h运行时受电弓导流罩气动噪声进行数值模拟,建立了车体+受电弓导流罩的计算模型,分析导流罩表面偶极子声源分布和气动噪声频谱特性。研究结果表明：350 km/h下导流罩表面气动噪声整体大于250 km/h;两种速度下导流罩表面偶极子声源分布规律在频域表现一致：在高频阶段声压级明显低于低频阶段,5 000 Hz下最大声压级仅为20 Hz下的40%;导流罩表面最大声压级都诱发于凹腔与后引导面的过渡处,20 Hz下分别可达136 dB、143 dB。此外,导流罩近场和远场气动噪声频谱曲线相似,均是一种宽频噪声,且能量主要集中在150～950 Hz,对后续更高速级列车受电弓导流罩降噪结构设计和隔声材料的选取有一定实际参考意义。     

高速列车转向架区域积雪结冰数值仿真研究

高速列车在低温雨雪环境下运行时很容易在转向架区域形成积冰并严重劣化转向架动力学性能、威胁列车的运行安全。为了研究转向架区域的积冰过程，采用准瞬态的方法将积冰过程分成多个计算循环，每个计算循环由网格生成、流场计算、水滴和雪粒计算、转向架积冰和网格变形等组成，积冰过程采用基于壁面水膜流动的明冰模型。本研究中共进行三次计算循环，研究转向架各部件上水滴和雪粒的分布和收集系数，分析转向架各部件的积冰质量以及转向架积冰速率与时间的关系。研究结果表明，转向架区域的积冰主要分布在底部迎风面(构架底部、前后制动装置底部)、两侧垂向减振器和抗蛇行减振器、后制动装置、枕梁上表面以及前后轴箱等部件；构架、枕梁和前后制动装置上的积冰约占转向架总积冰质量的60%；三次计算循环中转向架区域总的积冰速率不断增大。     

基于简化模型的头车转向架气动噪声特性研究

由于高速列车气动噪声形成的机理和分析较为复杂,目前的检测系统还不能从列车高速运行状态下噪声测试中做出清楚的分辨,通过计算流体力学方法研究高速列车头车转向架气动噪声特性。建立经过简化的转向架、头车未安装转向架的简化车身和头车安装简化转向架的车身三种计算模型,分析列车运行200 km/h,300 km/h速度下简化转向架周围流场与气动声场特性,进一步分析此速度下简化转向架对头车车外气动噪声的影响。分析结果显示转向架周围有周期性的漩涡生成、脱落现象,气动噪声在其周围的辐射规律呈现偶极子分布。转向架车轴和构架横梁的上、下表面为偶极子声源集中的部位。前轮对在垂直与气流方向的竖直平面上和平行于气流方向的竖直平面上引起的噪声比后轮对大,在平行于气流的水平平面上比后轮对小。两个速度下,转向架气动噪声分布规律大致相同,幅值有差别。转向架使头车车外噪声显著增高,转向架附近噪声增幅尤为明显。行车速度200 km/h时,简化转向架能使头车车外气动噪声幅值增大3~5 d BA,行车速度300 km/h时,增幅为5~8 d BA。     

高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计

高速列车的转向架区域上方为车内噪声最显著位置,采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据"声源-路径-响应"的车内噪声机理,研究了转向架区域上方的车内声振特性、转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声预测。研究发现,转向架区域上方车内噪声在500～800Hz频率区段存在显著峰值。其中,500Hz以上主要来自于空气传声路径,200Hz以下主要来自于结构传声路径。车内噪声与地板的隔声量呈负相关,与地板的振动加速度级呈正相关。随着地板的隔声量不断增大或者加速度级不断降低,其对车内噪声的影响呈逐渐变小的趋势。该研究成果可为高速列车车内噪声控制提供参考和依据。     

基于运用条件和频域特征的动车组转向架构架疲劳损伤规律研究

转向架作为动车组车辆的关键部件,担负着承载与走行等多种任务,传递不同形式的动态载荷,有必要对其疲劳问题进行研究。以某型城际车动车和拖车转向架构架为研究对象,在对构架疲劳关键点动应力进行线路实测基础上,依据速度、航向角以及部分线路参数,提取到直线、不同半径曲线、启动牵引、混合制动以及低速过站等不同工况下各测点的动应力数据,分析和比较各测点在不同运用条件下的疲劳损伤特点。通过时-频变换方法,得到不同速度下动车和拖车各主要测点动应力幅频特征,进而分析各测点动应力峰值频率所对应的系统固有频率和外界激励频率,探讨不同频率成分的动应力对各关键点损伤的贡献情况。研究发现,相同速度和曲线半径下,多数动车疲劳关键点的等效应力大于拖车。在车辆接近停止时,抗蛇行减振器座和横侧梁连接处的动应力会存在一个大幅值循环,这与车体惯性力对抗蛇行减振器的作用有关。中低速过道岔时,各测点的动应力变化范围均有一定程度的增大,以横侧梁连接处和抗蛇行减振器座处变化最为明显,其他疲劳关键位置的动应力变化相对较小。达到相同损伤占比时,绝大多数动车构架测点的动应力频带比同速度下拖车构架更宽。     

隧道内高速列车车内噪声特性及声源识别试验分析

与明线运行相比,隧道内的高速列车车内噪声将明显增加。通过线路试验,对我国某型高速列车以160～350 km/h速度在明线和隧道运行时的车内振动噪声进行测试分析。掌握两种线路下的车内振动和噪声、车身表面气动噪声、转向架区域振动和噪声特性及其随速度的变化规律;采用50通道球形声阵列,识别两种线路下的车内主要噪声源,并分析噪声源的车内区域贡献率,进而在此基础上研究两种线路下的车内声振传递特性。结果表明,两种线路下车内噪声频谱差异主要体现在315～2 000 Hz,各测点不同线路的声压级差值与运行速度相关性较小,车内噪声受轮轨噪声激励影响相对明显。对于客室中部,列车350 km/h匀速运行时,隧道段列车顶板和客室后方贡献率分别增加4.0%和3.0%,地板贡献率降低8.6%,差异频段主要体现在63～160 Hz。对于侧墙区域,明线段车内低频噪声主要来自侧墙的振动,而在隧道时,车内低频噪声则主要来自于侧墙车身表面的气动激励。客室内噪声总值和频谱分布的差异在隧道运行情况下会减小,现有更关注客室端部噪声控制的传统认识,在列车隧道运行下,需要同样重要地关注和对待客室中部区域。     

某乘用车悬架设计与分析

以某乘用车悬架为对象,进行悬架系统前悬架、压缩弹簧、前减震器、横向稳定杆、后悬架、空气弹簧、后减震器、扭转横梁设计,并且建立了麦弗逊前悬架三维模型、扭力梁后悬架总成,同时进行了横向稳定杆的有限元分析.     

山地车车架动态试验与仿真

采用试验和动态仿真手段,并借鉴国标ISO2631-1中人体对振动反应的评价标准,研究了某全减振山地车车架在简谐激励条件下对不同类型后悬架减振器的动态响应特性,并对试验和仿真结果进行了对比分析.试验结果表明:当激振频率小于5Hz时,气压减振器减振效果优于液压和弹簧减振器;当激振频率大于5Hz时,弹簧减振器的减振效果略优于其它两种减振器,但相差不大.利用动力学仿真分析软件ADAMs对系统进行相同激励条件下的仿真试验,结果表明:对于采用弹簧减振器的车架系统,仿真与试验结果吻合较好,将该仿真模型做为山地车性能分析的依据具有一定的可靠性.     

重卡传动系统扭转共振计算模拟与两段式减振阻尼器的设计

基于重型汽车降低振动、减少噪声的要求,研发了一种两段式减振阻尼器的设计方法,采用扭转振动理论建立了重型汽车传动系统的振动方程,运用matlab软件建立16自由度的重卡传动系的振动数模,得出发生扭转共振的的自然频率,模态及频域分析。模拟示笵得到6汽缸发动机3阶激励产生在飞轮,变速箱及车桥的扭转角或扭转力矩与发动机转速的函数关系、分析也提供传动系自然频率和减振器弹簧刚度或变速箱速比间的函数关系以及振动性能与减振器的阻尼力矩的函数关系。结果表明:有效的两段式阻尼器设计能起到降振减噪的作用。     

制动摩擦高频振动及其防治

在低速制动工况下一些机车车辆转向架有高频振动现象出现,有的还非常大。制动高频振动对车体、转向架和系统产生较大的破坏作用,恶化了车辆的运行平稳性,对铁道沿线的噪音污染加重。制动高频振动是一种自激振动,如何避免对制动系统十分重要。对制动工况下一些机车车辆转向架发生的高频振动现象的机理进行了分析,并提出了解决方法。仿真结果表明制动高频振动与转向架构架结构和悬挂系统有关,可通过改进构架设计或调整转向架参数予以避免。     

高速列车头型气动外形关键结构参数优化设计*

降低列车运行阻力和气动噪声是提升高速列车速度能力和环境适应性的有效手段。针对气动阻力、气动噪声这两项优化目标,利用Isight软件建立了集参数化驱动建模、计算网格划分、气动计算、优化分析等步骤的高速列车新头型气动性能自动优化设计流程,运用基于多目标遗传算法NSGA-II的优化设计方法,对鼻尖高度、排障器前端伸缩量、转向架区域挡板倾角等关键设计变量进行了优化设计以及与气动阻力和气动噪声的相关性分析,在此基础上提出了综合性能较佳的新头型气动外形。通过计算结果可知,① 鼻尖高度对整车阻力和头车表面最大声功率均为正相关关系;② 转向架区域隔墙倾角对整车阻力和头车表面最大声功率影响的相关性最大;③ 通过优化转向架区域隔墙倾角可有效降低该处气动噪声的表面声功率。     

Improvements for reduction of the brake squeal noise at Seoul metro rolling stock on tracks

Experimental and theoretical methods were applied to find and understand the phenomenon of brake squeal noise of the Seoul Metro rolling stock on tracks. Generally, it is well known that brake squeal noise is strongly related to stick and slip between brake pad and disk. In most cases for rolling stock on tracks, trailer cars needed more particular attention through the tests, because they were the major sources of brake noise due to frictional braking. There are two types of rolling stocks in Seoul Metro: chopper and VVVF. Both types of rolling stocks for lines 1 and 3 in the Seoul Metro were used for experimental analyses. To study brake squeal noise under various braking conditions, dynamometer tests were performed at the S&T Brake, Co., which is one of major manufacturers of brake pads for rolling stock on tracks. For measuring brake squeal noise, acoustic tests were performed with a microphone in the Gunja depot. And modal tests for brake parts, which consisted of brake lining, brake lining pad, and back plates, were executed to obtain the natural frequencies related to the brake squeal noise. Also, modal tests of the whole brake assembly and lining block were performed at the heavy maintenance shop of the Gunja depot. The mode analysis using an ANSYS was simulated to determine the relations between the mechanisms of brake squeal noise. As the results of the tests and the simulations, it was found that specific natural frequencies of the brake parts affected squeal noise, and also, the reason to create squeal noise. Finally, improvements for reducing squeal noise were proposed, and applied to lines 2 and 3 at Seoul Metro rolling stock on tracks. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Yeon June Kang Seong Keol Kim received his B.S. in Mechanical Design and Production Engineering from Seoul National University, Korea, in 1986. He then received his M.S. and Ph.D. degrees from Seoul National University in 1988 and 1994, respectively. Dr. Kim is currently an Assistant Professor at the School of Mechanical Design and Automation Engineering at Seoul National University of Technology in Seoul, Korea. Also, he works as an Executive Director of R&BD division of Seoul Technopark. Dr. Kim’s research interests include reliability of Micro System Packaging and mechanical vibration.     

膜片弹簧式气制动阀静特性的研究

膜片弹簧式气制动阀作为控制阀已广泛地应用于拖拉机挂车制动系统。气制动阀静特性直接影响拖拉机挂车机组的制动性能。对我国拖拉机挂车气制动系主要控制元件——膜片弹簧式气制动阀静特性做了理论分析和试验研究,表明气制动阀静特性不仅与几何尺寸、平衡弹簧刚度、输入气压及行程有关,还与制造精度、装配质量、调整误差有关。     

机械式抗侧滚扭杆疲劳试验机

介绍了机械式抗侧滚扭杆疲劳试验机的原理、性能、结构和应用。     

月球车用扭杆弹簧疲劳寿命功率谱预测法

研制的行星轮式月球车的安全行驶寿命主要取决于扭杆弹簧悬架中扭杆弹簧的扭转疲劳寿命。模拟月球表面的温度环境进行了扭杆弹簧的扭转疲劳试验，确定了扭杆弹簧的扭转疲劳次数。在此基础上，建立了扭杆弹簧悬架的动力学模型，通过此动力学模型及功率谱寿命预测法推导出了扭杆弹簧疲劳寿命与悬架参数之间的关系式，并估算了月球车的安全行驶里程。