柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

为研究轮对柔性对车辆动力学的影响,建立高速列车轮对的有限元模型,对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息,应用多体系统动力学理论建立柔性轮对-刚性轨道接触力学模型;建立包含高速旋转柔性轮对的车辆-轨道耦合动力学模型,研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明:轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响,但是对轮重减载率影响较小,因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.     

基于卡尔曼滤波的轮对速度估计及仿真

高速列车在制动防滑过程中,由于轮轨蠕滑率很小,采用传统的速度测量和估计方法难以获得轮对速度的快速动态变化,为此建立了车辆系统离散状态方程,采用卡尔曼滤波的方法对轮对速度进行估计,并根据车轮速度和轮对减速度随着轨面条件的变化,实时修正协方差矩阵,以保证估计的稳定性和准确性。通过几种估计方法的对比分析结果表明,在轮对速度发生突变时,平均值估算法将严重偏离实际值。受轨面条件的影响,最大值估算法存在较大的波动,不适合应用于防滑过程中轮对速度的估计。卡尔曼估计法在各种条件下具有有效性和准确性。     

闸瓦制动力不均衡状态下重载货车轮轨动态特性研究*

利用仿真软件UM建立了重载货车动力学模型,研究了闸瓦制动力不均衡状态下轮轨动态特性.以紧急制动工况为例,分别对一、二位轮对施加左、右轮不一致的闸瓦压力,得到了车辆直线运行时的轮对运行姿态和轮轨动态接触行为.研究结果表明,随着闸瓦压力的不均衡程度增加,轮对横移量会显著增大,并且不均衡闸瓦压力对一位轮对轮轨动态行为的影响要大于二位轮对,产生上述区别的主要原因是:蠕滑力引起的转向架总体摇头方向和受力轮对的摇头方向是否一致.进而考虑轮、瓦摩擦制动力矩的影响,发现在闸瓦压力较小时,制动力矩对轮对横移量和摇头角会产生一定影响,但就整体趋势而言,不均衡闸瓦压力的影响更为显著.     

基于LS_DYNA的齿轮传动有限元动力学分析仿真

为研究齿轮传动系统的转动惯量和传动轴的扭转振动对齿轮应力变化的影响,对某齿轮传动中的1对渐开线直齿轮进行有限元动力学分析仿真．首先利用Pro／Engineering建立齿轮副的CAD几何模型;然后导入到LS_DYNA中建立齿轮副有限元模型,对齿轮副进行接触一碰撞有限元动力学分析;最后考虑该齿轮副后传动的转动惯量以及传动轴刚度对齿轮传动的影响,将转动惯量等效成质量圆盘,将传动轴等效成实体单元,建立齿轮传动等效模型的有限元动力学模型．通过分析计算得到齿轮副在模拟工况下的接触应力变化,同时获得在考虑齿轮接触、变形等情况下齿轮传动系统输入和输出的关系．结果表明,后传动输出速度和加速度明显滞后于前传动产生的速度和加速度,而且经过系统传递后,输入使得传动更加平稳．研究结果可为进一步研究齿轮传动系统的动力学特性和疲劳寿命计算提供参考．     

变速工况下采煤机行星齿轮传动系统故障诊断

采煤机截割煤层时,牵引部行星齿轮传动系统处于变速工况,且行星齿轮传动系统结构复杂,导致振动信号存在多种调制现象,影响行星齿轮传动系统故障特征提取。针对上述问题,将阶次分析技术与包络谱相结合,提出了一种基于包络阶次谱分析的采煤机行星齿轮传动系统故障诊断方法。首先对行星齿轮传动系统的非平稳时域振动信号进行Hilbert包络分析,然后将非平稳时域包络信号进行计算阶次跟踪处理,转换为等角度的角域信号,最后对等角度角域信号进行快速傅里叶变换,得到信号的包络阶次谱。对该方法进行了仿真分析及基于动力传动故障诊断综合试验台的变速工况下行星齿轮传动系统故障诊断试验,结果表明:对于变速工况下的振动调制信号,阶次分析难以提取特征阶次,而包络阶次谱分析方法可有效提取其特征阶次,并实现了行星齿轮传动系统故障准确诊断。     

地铁线路扣件刚度对钢轨振动与波磨的影响

为探明整体道床轨道区段波磨发生机理及其对轮轨系统参数的影响规律,建立轮对和整体道床轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与整体道床钢轨振动特性,探讨钢轨扣件刚度和轮对振动模态对整体道床区段钢轨波磨的影响规律.结果 表明:钢轨扣件刚度主要影响钢轨起跳共振频率,而对钢轨pinned-pinned共振频率影响甚微;较低的扣件刚...     

高速客车蛇行运动稳定性与分岔研究

以动力系统的稳定性与分岔理论为基础,导出四轴客车17个自由度的横向振动微分方程,利用Kalker线性蠕滑理论计算轮轨滚动接触蠕滑力,对这一客车系统的蛇行运动稳定性与超高速情况下分岔问题进行了研究．数值结果表明该方法可以得出客车系统蛇行失稳的临界速度,为进一步改善客车横向稳定性性能及设计高速客车走行部提供了理论依据．     

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

滑移转向机器人不确定度分析及路面识别方法

传感器的不确定度是移动机器人定位中的关键问题。文章对Pineer3-AT滑移转向机器人在转弯时运动学状态进行分析,发现了滑动偏差受地面与轮的摩擦系数及左右两轮的速度影响,滑动偏差的大小即为里程计的不确定度,通过Adams与Matlab/Simulink联合仿真实验得到了在不同地面不同轮速的滑动偏差的大小多组数据,并对结果拟合,建立了滑动偏差模型,并通过实验进行了验证对比。对结果分析,可以得出,摩擦系数越大,在相同速度下滑动偏差越小,根据这一特性,提取小车在不同轮速下的滑动偏差作为地面分类的原始数据。通过k-近邻(KNN)方法,对地面进行分类,识别率达到70%以上。     

铁路行车中的轮轨接触问题探讨研究

本文基于ANSYS12.0平台,考虑当前铁路运输的高速、重载工况,对轮轨接触问题进行了有限元模拟计算。通过对轮轨之间的不同摩擦因数情况进行分析,得到了对于工程制造具有指导意义的合适的摩擦因数。对列车在水平直轨道和弯道上两种工况下进行分析知道,轮轨之间的横向挤压是不可忽略的,横向挤压是影响列车安全性的重要因素。     

Nonlinear output‐feedback control of torsional vibrations in drilling systems

This paper considers the design of a nonlinear observer‐based output‐feedback controller for oil‐field drill‐string systems aiming to eliminate (torsional) stick–slip oscillations. Such vibrations decrease the performance and reliability of drilling systems and can ultimately lead to system failure. Current industrial controllers regularly fail to eliminate stick–slip vibrations under increasingly challenging operating conditions caused by the tendency towards drilling deeper and inclined wells, where multiple vibrational modes play a role in the occurrence of stick–slip vibrations. As a basis for controller synthesis, a multi‐modal model of the torsional drill‐string dynamics for a real rig is employed, and a bit–rock interaction model with severe velocity‐weakening effect is used. The proposed model‐based controller design methodology consists of a state‐feedback controller and a (nonlinear) observer. Conditions, guaranteeing asymptotic stability of the desired equilibrium, corresponding to nominal drilling operation, are presented. The proposed control strategy has a significant advantage over existing vibration control systems as it can effectively cope with multiple modes of torsional vibration. Case study results using the proposed control strategy show that stick–slip oscillations can indeed be eliminated in realistic drilling scenarios in which industrial controllers fail to do so. Moreover, key robustness aspects of the control system involving the robustness against uncertainties in the bit–rock interaction and changing operational conditions are evidenced. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

Active damping of driveline vibration in power-split hybrid vehicles based on model reference control

The power-split hybrid vehicles are widely used owing to its advantages of high efficiency and low emission. With the increasing of the requirements of the customer’s satisfaction nowadays, vibration control is getting progressively more attention. Since the transmission system components are elastic to some extent, meantime the torque of the motor responds quickly for a sudden acceleration, hence torsional vibration takes place, henceforth the passengers will suffer inconvenience attributable to this vibration. This paper studies the active control algorithm for the torsional vibration of the power-split hybrid powertrains under rapid acceleration and deceleration circumstances. Primarily, a dynamic modeling of the power-split hybrid vehicle is built, in addition the uncertainty caused by the variable transmission ratio is analyzed. Moreover, this paper proposes a method combining the model reference adaptive control and the pole configuration method to solve the torsional vibration active control problem with uncertainties. The reference model is constructed by pole configuration method. Based on the dynamic characteristics of the reference model, the model reference adaptive control is implemented and the torque ripple reduction of output shaft under the impact conditions is achieved. Furthermore, this paper designs a dynamic coordinated control algorithm combined with active vibration control strategy, which ensures the dynamic performance and comfort performance of the vehicle. Finally, the effectiveness of this active vibration control strategy under cyclic conditions is verified using Simulink simulation and hardware-in-loop simulation.     

基于过程阻尼效应的电动汽车弹簧型扭振减振系统设计

为了提高电动汽车弹簧型扭振减振控制能力,提出基于过程阻尼效应的电动汽车弹簧型扭振减振方法。构建电动汽车弹簧型扭振减振的力学加载模型,采用基于直角坐标系的力矩控制方法进行电动汽车弹簧型扭振的载荷转移机构力学特征分析,构建载荷转移的电动汽车弹簧型扭振参数辨识模型,根据过程阻尼效应进行电动汽车弹簧型扭振减振的自适应调整,实现控制器参数的优化估计和辨识,基于载荷转移机构模型实现电动汽车弹簧型扭振减振系统的控制律优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行电动汽车弹簧型扭振减振控制的自适应性较好,被控系统的跟踪误差较低,提高了电动汽车弹簧型扭振减振的稳定性。     

A new method for calculating time-varying torsional stiffness of RV reducers with variable loads and tooth modifications

Rotate vector (RV) reducers have advantages of high torque ratio, and extremely reliable functioning under dynamic load conditions, and so forth, and they are extensively used in precision transmissions, such as industrial robots. The torsional stiffness of RV reducers is a main parameter affecting the meshing vibration and transmission performance. In addition, the variable loads and tooth modifications have significant influence on the torsional stiffness of RV reducers. In this paper, a new method of calculating torsional stiffness for RV reducers considering variable loads and tooth modifications is presented. The dynamic stress and deformation of meshing teeth are calculated based on Hertz formulation, and the number of meshing teeth is determined by analyzing the dynamic stress of meshing teeth. Then, the torsional stiffness of RV reducers is obtained. Finite element method is applied to calculate the deformation of cycloidal-pin gear in the maximum force position δ_max. The influence of variable applied loads and different tooth modifications of cycloidal-pin gear transmission on torsional stiffness are also studied. The results show that variable applied loads and different tooth modifications influence the torsional stiffness of RV reducers by changing teeth deformation and clearance, respectively.     

复杂变时滞作用下的钻头纵扭耦合非线性振动

油气探采中的钻柱是一个纵扭耦合的超大柔性转子系统,该系统在钻头-岩层切削界面的时滞、非光滑效应作用下极易产生破坏性的黏滑振动失稳并造成钻柱失效.研究围绕钻柱纵-扭耦合动力学及时滞稳定性问题展开,考虑钻柱内部结构阻尼、外部阻尼、重力、钻井液浮力以及更一般的顶部边界,建立了钻柱4自由度缩减模型.同时,基于井底钻头存在跳钻与扭振的实际工况,在钻头-岩层界面引入了多重再生切削效应,建立了复杂变时滞作用下的钻柱纵扭耦合非线性动力学模型.随后,基于半离散法,得到了该系统的线性派生时滞系统的稳定性判据,并在转速-钻压参数平面得到了稳定钻进的参数包络线.通过参数研究,分析了顶部边界条件、岩层强度等因素对钻柱参数空间稳定性包络线的影响.同时,通过对系统的时域非线性仿真,验证了稳定性分析的正确性并重现了井底钻头的黏滑运动、跳钻、钻头反转等多种强非线性运动.最后,对时滞引起的钻柱自激振动,通过优化的顶部柔顺边界实现了振动抑制,为钻柱纵扭耦合振动的抑制提供一种简单有效的思路.     

双周期参数系统的受迫振动响应

谐波减速器在制造过程中,如果柔轮齿与刚轮齿引入了周节累积误差,则谐波减速器在动力传递中将出现双周期时变扭刚度波动,形成双周期参数振动问题.本文引入基于组合频率的二重三角级数,逼近双周期参数系统受迫振动,应用谐波平衡,得到不含时间变量的谐波系数递推式,形成三维矩阵代数方程;采用矩阵降维法,将三维矩阵代数方程转化为两维矩阵代数方程,实现响应谐波系数的求解.研究结果对双周期参数振动中响应预测问题研究和工程应用具有一定的理论指导意义.     

抑制传动中扭振的一种新方法——具有约束的预测控制

振动是轧钢生产过程中普遍存在的问题,而扭振是对轧机及其驱动系统造成破坏性损坏的一种振动．产生扭振的原因很多．但其关键因素是传动装置上的外加扰动．将这些扰动归结为系统模型的不确定性．进而可采用预测控制的方法来抑制扭振．仿真结果表明．具有约束的预测控制不仅能够保证系统的控制性能,而且能较好地消除扭振对轧机的破坏作用．     

考虑齿轮啮合激励的齿轮传动轴系扭振特性分析

在传统齿轮传动轴系扭转振动计算中,将齿轮副简化为单一惯量而忽略齿轮啮合动态激励,会导致轴系扭转振动特性分析的结果不能正确描述轴系实际工作状态.本文以齿轮传动轴系为对象,考虑齿轮啮合的动态特性,建立轴系扭转振动当量模型.对齿轮啮合时变刚度和啮合激励力进行Matlab数值模拟.将Newmark逐步积分法应用于轴系扭转振动强迫振动响应的计算中,计算在齿轮啮合动态激励扭矩和外加负载扭矩的分别作用和共同作用下的轴系扭转振动响应情况,比较分析结果,说明了齿轮啮合动态特性是轴系扭转振动的重要激励源而不可忽视这一事实.     

航空发动机转子扭转振动测试仪的研究

讨论了航空发动机扭转振动测量的特点及其对测量系统的要求,提出一种基于激光多普勒原理的新型航空发动机转子扭转振动测量方法,并分析了影响该方法测量精度的因素、测量范围,实验结果表明该测量方法能满足航空发动机转子扭转振动测量的要求。