下吊设备对高速列车弹性车体垂向运行平稳性影响

建立了包含下吊设备的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型,设计了下吊设备隔振元件参数,并分析了隔振元件参数、设备质量及吊挂位置对车辆运行平稳性及设备本身振动的影响,结果表明,合理设置下吊设备隔振参数可以有效减小车体弹性振动;隔振元件静挠度即刚度在隔振中起主要作用;随着车辆运行速度的改变,静挠度最优值会相应偏移,针对所研究的高速车辆而言,静挠度选取6 mm时,可以保证车辆垂向运行平稳性良好,且下吊设备振动不剧烈.结果还表明,质量大的设备宜靠近车体中部悬挂.     

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。     

高速列车弹性车体垂向振动控制

建立包含车体弹性的高速列车单车刚柔耦合动力学模型.针对车体垂向振动,分别在一系悬挂和二系悬挂系统中采用半主动控制策略,研究控制策略对车辆运行平稳性的影响.结果表明,二系天棚阻尼半主动控制与二系阻尼连续可调型半主动控制均能有效降低车体低频处的刚性振动,相对而言,前者对于低频振动抑制效果更佳,但对较高频率的弹性振动无明显作...     

高速列车垂向振动鲁棒H_∞控制器设计

随着高速铁路的迅速发展,车辆振动加剧,严重影响乘坐的舒适性和运行平稳性。通过分析车辆振动机理,利用Matlab/Simulink软件建立了6-DOF高速车辆垂向振动模型。考虑到高速车辆垂向振动模型忽略的不确定性和控制系统的性能要求,对名义对象进行加权处理,建立PS/T广义对象模型,在运用线性矩阵不等式(LMI)给出鲁棒H_∞控制器存在条件的基础上,对其进行凸优化处理求解鲁棒H_∞次优化控制器来抑制车体垂向振动,提高高速车辆的运行品质和运行安全。以美国6级轨道高低不平顺作为外部输入进行仿真。仿真结果表明:高速车辆在以200km/h运行时,鲁棒控制器对车体的浮沉振动、点头振动的抑制效果显著,振动状态明显优于车辆被动悬挂系统。     

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.     

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。     

基于垂向性能研究的新型悬架参数设计

设计了一种用于四轮独立转向独立驱动电动轿车的独立悬架,该悬架采用双横臂、螺旋弹簧结构,悬架连接带轮毂电机的大质量电动车轮。对悬架系统进行简化,建立了悬架二自由度振动模型,采用均方根值分析方法,计算出振动系统的频率响应函数及振动响应的均方根值(包括车身加速度均方根值、车轮相对动载荷均方根值及悬架动挠度均方根值),基于悬架参数对电动车辆垂向性能的研究,提出了新型悬架弹簧刚度和减振器阻尼系数的设计方法,结合仿真及实验验证了设计方法的合理性。     

高速列车二系垂向悬挂系统设计解析表达式*

根据1/4车体4自由度垂向振动模型,利用随机振动理论及留数定理,建立轨道高低不平顺激励下的车辆垂向振动响应均方根值解析表达式;通过数值计算对解析表达式的正确性进行了验证,结果表明在一定有效数字范围内解析计算值与数值计算值完全吻合,表明所建立的解析表达式是正确的;通过整车仿真对比对解析计算方法的可靠性进行了验证,可知车体垂向振动加速度均方根值和二系悬挂垂向行程均方根值的解析计算值与整车仿真验证值的最大相对偏差分别仅为12.50%和15.47%,表明所建立的解析计算方法是可靠的。在此基础上,利用黄金分割原理,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法,并通过实例对其可行性进行了分析,为高速列车二系垂向悬挂系统参数的初始设计提供了参考。     

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。     

面向可持续运行的高速列车设计方法

高速列车的运行速度、停站时长和运行调度水平等作为影响运行效率的重要因素。对此,通过对高速列车可持续运行结构的设计,从而达到提高运行效率的目的。基于TRIZ创新理论的冲突解决原理,利用TRIZ理论的39个工程参数和40条发明原理所构成的矛盾冲突解决矩阵,对高速列车提高运行效率过程中所构成的技术冲突,提出高速列车的可持续运行模式,设计了具体的高速列车结构,并基于ANSYS软件对高速列车的气动特性等进行了可行性分析。基于TRIZ创新理论提出的高速列车可持续运行模式,在达到提高运行效率的同时,并赋予了高速列车人性化的设计内涵,除了为产品设计提供创新的思路外,对于相关产品的设计研究也具有重要参考价值。     

高速列车动力学参数设计系统的研制

为提高高速列车动力学参数设计效率,研究了一种基于知识的参数设计方法。该方法以知识规则库、动力学模型实例为基础,从性能空间到设计空间的映射关系为导向,结合参数化建模、动力学仿真技术,进行动力学参数设计。帮助设计者快速地缩小设计参数集,获取与设计要求相匹配的动力学参数,提高设计效率,缩短周期。最后开发了基于知识的高速列车动力学参数设计系统。     

线路参数对列车垂向振动特征影响的仿真分析

针对线路曲线过渡段与变坡点的距离、垂向轨道不平顺等参数对列车垂向振动的影响规律进行了研究.分析了线路过渡段和变坡点的距离对车辆垂向振动加速度的影响,以及左、右轨道短波不平顺存在差异等因素对车体垂向振动加速度的影响.提出了在线路设计中应合理考虑线路曲线过渡段与变坡点之间的距离,避免二者过于接近;控制轨道短波不平顺,有益于降低车体垂向加速度高频峰值.     

基于SIMPACK仿真的某型高速动车组运行平稳性分析

基于多体动力学理论及某型动车组的拓扑结构关系,利用SIMPACK建立了17体、50自由度的某型动车组单节车模型,仿真分析了一系垂向减振器阻尼、二系垂向减振器阻尼和抗蛇行减振器失效对其运行平稳性的影响。研究结果表明,随着一系垂向减振器阻尼的增大,其垂向平稳性逐渐变好,达到最优值后再逐渐变差,即优化一系垂向阻尼可以改善运行平稳性;随着二系垂向减振器阻尼的增大,其垂向平稳性变差,二系垂向阻尼显著影响运行平稳性。为了使单节车运行舒适性指标达到2级,在3个抗蛇行减振器失效工况下动车组可以在200km/h速度范围内平稳运行,在2个抗蛇行减振器失效工况下动车组可以在250 km/h速度范围内平稳运行。     

高速列车转向架-车体-座椅垂向耦合振动机理及悬挂参数联合优化

针对高速列车中的垂向悬挂系统参数匹配问题,应用系统工程方法,将列车转向架系统、车体及座椅系统纳入一个统一的整体大系统,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并探讨各系统间的相互耦合作用关系;在此基础上,以人体振动舒适性最佳为目标,对轨道随机不平顺激励下的高速列车垂向悬挂系统进行多目标、多参数优化,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法。分析比较优化后的结果可知,悬挂系统参数优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,不同位置处的座椅垂向振动加权加速度方均根值降低了18.52%以上,表明所建立的高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法是可行的。该研究为高速列车垂向悬挂系统参数的选取提供了有效借鉴。     

高速列车有限元参数化

铁路车辆的性能一直都是运输行业的重要课题,对于车辆的研究会影响到整个铁路交通的发展。将列车车体分成底架、侧墙、车顶等几个模块,每个模块都有自己的子模块,将车体结构模块细化到钢板、槽钢等板材结构,用有限元软件ANSYS的参数化语言APDL语言,对车体模型以命令流的形式表示,最终达到对车体结构模型参数化,方便车体结构优化,有利于对车体进行有限元仿真分析,提高车体建模分析效率,缩短车体技术更新时间,并且有助于技术交流。     

一种列车垂向磁流变减振器结构优化设计方法

阻尼器是列车减振降噪的关键设备,良好的阻尼器可以显著提高列车乘坐的舒适性。提出了一种基于列车整车阻尼比与磁流变阻尼器出力模型的优化设计方法。将列车模型简化为单自由度系统,使用阻尼比公式计算列车模型垂向减振磁流变阻尼器的最大阻尼力。以最大阻尼力为优化性能约束条件,以使磁流变阻尼器的可调范围最大为目标值,使用Matlab优化工具箱得到磁流变阻尼器的结构参数。以某型列车模型为例,优化设计了用于此模型垂向减振的磁流变阻尼器的参数,证明了方法的可行性。     

一系垂向减振器角度对高速车辆运行性能的影响

利用SIMPACK多体动力学软件建立某高速动车组拖车模型,研究一系垂向减振器纵向、横向倾斜角度对该拖车模型非线性临界速度、直线轨道上的平稳性及曲线通过能力的影响。研究结果表明:一系垂向减振器倾斜角度对车辆稳定性和平稳性影响较大,对曲线通过性能影响较小。     

列车垂向振动的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

为有效抑制车辆振动,提出一种列车主动悬挂H_∞鲁棒控制器的设计方法。通过合理简化,建立车辆垂向振动动力学模型,同时,考虑到名义对象的不确定性和系统的性能要求,选用合适的权函数,设计出基于混合灵敏度PS/T广义模型的输出反馈式H_∞鲁棒控制器,并运用DGKF法给出控制器存在的充分条件。仿真结果表明:混合灵敏度H_∞鲁棒控制器能有效抑制车体的垂向振动,保证列车的乘坐舒适性和运行平稳性。     

便携式列车舒适度与平稳性测试仪的设计与实现

便携式列车舒适度与平稳性测试系统由上位机和下位机组成,上位机完成数据的计算、存储、显示等功能;下位机以TI公司TMS320F2812为核心,完成振动数据采集、处理、显示和传输等功能。本文详细介绍了该系统的硬件和软件设计、上位机调试、实车测试等。软件设计由CCS平台完成,给出了程序流程图及具体程序段;硬件设计给出了系统各模块电路图及硬件实物平台;上位机调试由LABVIEW平台完成;实车测试在某线某车上完成,并获得了相应的试验数据。同时,将测试仪测得的列车运行舒适度及平稳性指标与上位机计算结果进行对比,结果显示:检测值与计算值基本吻合,误差均在10%以内,符合工程测量要求。