蛇行运动对铁道车辆平稳性的影响

为了研究转向架蛇行运动对铁道车辆运行平稳性的影响,首先从频域内仿真计算了转向架蛇行运动模态和车体固有振动模态的模态参数.由于转向架蛇行运动频率随着速度的增加而增加,而车体的固有频率是不随速度而变化的,这样,在某一速度下,转向架的蛇行运动频率将和车体相关振动的固有频率接近而发生共振.然后从时域内分析了车辆在不同速度下的平稳性,通过仿真计算发现,车辆横向平稳性指标不是随着运行速度的增加而单调增加,而是出现了两个局部峰值,而这两个峰值对应的速度正好和蛇行共振速度是一致的,这说明蛇行共振对车辆的横向平稳性是有较大影响的.所以为了改善车辆的运行平稳性,应采取适当措施使蛇行共振速度区远离车辆的常用运行速度.     

高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析,首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型,并通过实测数据对动力学模型进行验证;然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律,最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明：蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大,同时蛇行幅值越大,车轮磨耗越大,在长距离蛇行状态运行200 000 km后,可以看出踏面磨耗主要集中在-40～30 mm之间,车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此,在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性,避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。     

基于AOSO递进优化方法的车体抖振控制研究

针对某型动车组在运行中出现的车体抖振伴随转向架蛇行运动的整车异常振动现象,对车辆进行在线试验,发现大踏面锥度状态的车辆在较高速度工况运行时,存在稳定性不足,致使转向架的蛇行频率不断上升与车体菱形模态频率接近,继而引发车体的抖振。为了提升车辆运行的稳定性,提出一种融合解析优化和仿真优化的两级递进优化方法（Analytical Optimization and Simulation Optimization,简称为AOSO）,对抗蛇行减振器参数进行优化,并在车辆线路试验中验证优化的效果。结果表明,优化后磨耗轮状态下车辆的临界速度得到显著提升,转向架已无明显的蛇行运动、车体抖振也得到明显改善。     

高速动车组抗蛇行减振器参数优化研究

蛇行运动是轨道车辆的固有属性,随着高速铁路的发展,高速动车组稳定性问题越来越突出,抗蛇行减振器对于车辆稳定性具有重要影响,通过优化抗蛇行减振器参数可以有效提升高速动车组运行性能。本文建立高速动车组车辆动力学模型,利用超拉丁采样选取减振器设计参数,并采用 KSM 模型进行动力学响应分析,最后采用 NS?GA?Ⅱ算法对抗蛇行减振器参数进行优化,并对优化前后的动车组动力学性能进行对比。结果表明：优化后参数下,XP55 标准车轮临界速度提高 15.28%,达到 463.8 km/h, XP55 磨耗车轮临界速度提高 13.71%。优化后参数进一步提升了车体的平稳性和舒适度,轮轴横向力减小。同时优化后参数降低了新轮工况和磨耗车轮工况下的车体和转向架横向加速度幅值,抑制了车辆横向振动。分析了减振器参数优化对接触点位置和车轮磨耗指数的影响,优化后参数减小了车轮横向接触点横移,速度为 250 km/h 时,XP55 标准车轮磨耗指数减小 14.65%,XP55 磨耗车轮磨耗指数减小 15.8%。因此,抗蛇行减振器参数优化后可以有效提高车辆稳定性和运行性能。     

高速客车蛇行运动Hopf分叉的研究

建立了高速客车非线性系统数学模型,模型中考虑了轨道的整体弹性和阻尼。基于常微分方程的一次近似理论和Hopf分叉理论,研究了高速客车在直线和大半径曲线轨道上蛇行运动的Hopf分叉情况。借助于DEPAR延续算法解决了圆曲线上车辆系统平衡位置难以确定的难题,分析了轨道整体刚度和阻尼、圆曲线半径和外轨超高及转向架悬挂参数等因素对高速客车Hopf分叉速度的影响。研究表明,高速客车在大半径曲线上也有可能出现Hopf分叉现象,并且曲线半径越大、外轨超高越大,车辆的Hopf分叉速度越高,但最大值不会超过车辆系统在直线上运行时的Hopf分叉速度。车辆系统在弹性轨道条件下的Hopf分叉速度高于刚性轨道条件下车辆系统对应的Hopf分叉速度。不论是刚性轨道还是弹性轨道,转向架悬挂参数对车辆系统Hopf分叉速度的影响趋势是一致的。     

高速列车抗蛇行减振器作用机制与频变刚度应用研究EI北大核心CSCD

为了研究高速列车抗蛇行减振器作用机制进而对最优减振器参数选配提供理论指导,分析了减振器的频变特性和最优能量耗散条件,基于两类典型高速列车横向动力学模型对抗蛇行减振器参数进行多目标优化,及整车线性稳定性和模态能量分析,总结了抗蛇行减振器作用机制。得出结论如下:抗蛇行减振器不仅其阻尼对车辆蛇行能量起耗散作用,其刚度特性对车辆横向稳定性的影响更为显著,减振器刚度需随蛇行频率增加而增大;利用车体与转向架蛇行模态能量占比及其牵连作用说明抗蛇行减振器等效刚度作用机制,并根据最优能量耗散理论实现抗蛇行减振器串联刚度与阻尼的匹配。提出了应用频变刚度抗蛇行减振器的思路和结构方案,针对频变刚度曲线进行优化和车辆横向稳定性分析,结果表明,采用频变刚度抗蛇行减振器可显著改善极端轮轨接触状态下车辆横向稳定性,降低高速列车出现低频晃车和高频抖车现象的风险,对实现不同车轮踏面磨耗阶段车辆自适应稳定性起到积极作用。     

高速转向架非线性稳定性及安全裕度对策

为了满足新一代高速转向架的安全稳定性裕度要求,在构架振动报警原因分析的基础上,提出了抗蛇行减振器软约束技术对策。运行稳定性分析是指包括临界速度和动态行为在内的综合评价。临界速度取决于轮轨匹配特征,其对轮轨接触及转向架的非线性变化也将产生非常敏感的影响。动态行为评价是按照相关标准规范要求进行的构架横向加速度等安全指标评价。尽管在超临界分叉下轮对小幅值蛇行,但是由于抗蛇行减振器具有高频卸荷机制,拖车转向架动态行为也有可能达到或超过安全限制。构架横向加速度频响对比分析表明：转向架蛇行振荡是其振动频响的主要谐振成份,可以采用抗蛇行减振器软约束方式加以控制。     

驱动系统弹性架悬对机车动力学性能影响机理

为了阐明机车驱动系统弹性架悬对改善机车的横向动力学性能的机理,建立具有10自由度的驱动系统弹性架悬的机车单转向架横向动力学模型,比较不同的驱动系统悬挂形式和参数,对机车横向稳定性和轮对轮轴横向力的影响,并从动力吸振角度解释这一现象。结果表明:驱动系统相对构架横向及摇头振动转移了构架的振动能量,减小了构架的蛇行运动幅值,从而提高了机车横向稳定性并减小轮轴横向力;当驱动系统横向悬挂频率接近于轮对蛇行运动频率时,机车横向动力学性能最佳;驱动系统较小的横向悬挂阻尼,有利于提高机车的横向稳定性和减小轮轨动作用力,当阻尼比为0.2～0.3时,弹性架悬显著减小了轮轴横向力。最后利用反共振理论给出了驱动系统横向悬挂刚度的选取原则和规律。     

零动态设计方法在鱼雷纵向运动控制中的应用

鱼雷纵向运动方程是非线性微分方程,非线性系统近似线性化建模方法有着不可忽视的局限性,非线性系统的精确线性化设计方法由于其复杂性而限制了它的应用,将零动态设计方法应用于鲁雷纵向系统,为解决鱼雷非线性控制系统稳定设计设计的途径。     

装有MR阻尼器的转向架动力系统的时滞输出反馈控制

建立了六自由度转向架模型,研究转向架动力系统的时滞输出反馈控制,通过部分可测输出量实现整个系统的振动控制.将系统的运动微分方程改写成状态空间模型,其控制输入中存在时滞.然后,利用一个线性项加积分项的变换将原时滞输入系统转化成无时滞的形式.在此基础上,应用输出反馈原理和合理的性能指标函数,以开关控制策略为依据设计了系统的时滞半主动控制律.最后,以一个具有典型参数的转向架模型为例来阐明所提出的控制策略的应用步骤.数值结果表明:所设计的时滞半主动控制策略是有效的.     

Chaos in a railway bogie

Summary Railway bogies may perform sustained lateral oscillations — the hunting motion —when the speed reaches a certain value. We examine the hunting motion in the complex Cooperrider bogie and find that the wheel flanges have a strong influence on the behaviour. When the bogie has flangeless wheels we have found a symmetry breaking bifurcation, by which we mean, that there is a transition from a symmetric periodic oscillation to an asymmetric periodic oscillation. The periodic motions are examined using the residual map. When the bogie has flanged wheels (the flange is represented as a dead band spring), we do instead find chaotic behaviour confirmed by a positive Liapunov number. The dynamical equations for the bogie model are strongly nonlinear, and we use computer methods to examine the dynamical behaviour.With 10 Figures     

轮缘力作用下转向架极限环蛇行分析

借助于最优化方法，本文成功地解决了用等效线化方法分析含有多个非线性环节的转向架蛇行极限环时所产生的用于计算非线性环节等效线化值的输入幅值与相应的输出幅值之间的不协调问题。井通过构造振幅～等效线化刚度～等效线化分析所得蛇行速度（即ａ～Ｋｅｑ（ａ）～ＶＨ）耦联图，使得等效线化分析方法不仅能以较好的精度用于求蛇行极限环解，而且可以用于分析蛇行极限环的稳定性。数值积分结果充分证实了本文分析方法的正确性。     

基于Pro/E的货车转向架参数化设计系统的研究

将参数化设计技术应用于货车转向架的设计,通过设计参数来驱动转向架零部件的几何模型,简化生成和修改零部件模型的操作。在现有计算机辅助设计软件的基础上,运用其二次开发工具、面向对象的程序设计语言、数据库技术及其编程接口进行二次开发,实现了基于参数化设计技术的货车转向架设计系统,提高了货车转向架设计的速度和质量。     

基于二阶常微分方程的多体系统动力学设计灵敏度分析的伴随变量方法

针对二阶常微分方程描述的多体动力学模型和通用积分形式的目标函数,通过引入伴随变量,系统地推导了多体系统动力学设计灵敏度分析计算公式,避免了直接微分方法中广义坐标及其各阶导数对设计参数偏微分的计算,在设计参数较多的情况下提高了计算效率。又将目标函数及其导数积分形式的计算转化为微分方程的初值问题,进一步提高了计算效率和精度。文末给出一个平面机械臂模型算例。     

刹车系统的摩擦自激振动和控制

研究刹车系统的摩擦自激振动和控制问题。采用LuGre 模型计算摩擦力,建立了两自由度盘式刹车系统的动力学模型。通过平衡点的稳定性分析,给出Hopf 分岔失稳的临界速度。应用基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的方法,设计单输入单输出的非线性系统控制器,以便通过推迟系统的分岔临界速度,减少减速型刹车过程中的摩擦颤振,避免刹车啸叫。最后分析了控制器和系统参数对控制效果的影响。仿真表明,该控制器能有效的抑制刹车系统中的摩擦自激振动。     

列车-轨道时变系统横向振动能量随机分析方法

根据大量客、货车构架实测蛇行波及德国高速机车轮对横向摇摆力的测试资料,基于随机振动理论模拟出一般车速及高速构架人工蛇行波,分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源,对列车－轨道时变系统横向随机振动进行计算。计算结果与实测结果的接近验证了本文方法的可行有效性。     

A centre-manifold analysis of variable speed machining

The mathematical models representing chatter dynamics have been cast as differential equations with delay. The suppression of regenerative chatter by spindle speed variation is attracting increasing attention. In this paper, we study nonlinear delay differential equations with periodic delays which model the machine tool chatter with continuously modulated spindle speed. The explicit time-dependent delay terms, due to spindle speed modulation, are replaced by state-dependent delay terms by augmenting the original equations. The augmented system of equations is autonomous and has two pairs of pure imaginary eigenvalues without resonance. We make used to the centre-manifold reduction and the method of normal forms to determine the periodic solutions and analyse the tool motion. Analytical results show both modest increase of stability and existence of periodic solutions close to the new stability boundary.     

Optimal design of capacitated production networks

In this work we present a mixed-integer model for the optimal design of production/transportation systems. In contrast to standard design problems, our model is originally based on a coupled system of differential equations capturing the dynamics of manufacturing processes and stocks. The problem is to select an optimal parameter configuration from a predefined set such that respective constraints are fulfilled. We focus on single commodity flows over large time scales as well as highly interconnected networks and propose a suitable start heuristic to ensure feasibility and to speed up the solution procedure.