新型磁浮车动力学仿真分析EI北大核心CSCD

为探究新型磁浮列车的动力学特性,利用SIMPACK软件建立了其56自由度的中低速磁浮车辆模型并进行相关仿真分析,并采用单悬浮架模型进行了乘坐舒适性试验验证。仿真结果表明:新型磁浮列车能够实现140 km/h在直线段稳定运行,车体横向加速度小于0.2 m/s^2,车体垂向加速度小于0.5 m/s^2,空载情况下能够实现30 km/h通过半径为50 m的弯道,车辆最大侧滚角不足0.04 rad,车体最大横向加速度小于1 m/s^2,车体垂向加速度小于0.1 m/s^2,悬浮间隙动态变化量最大仅为0.5 mm。试验结果表明:以140 km/h的速度运行,与乘坐舒适性密切相关的车体垂向加速度约为0.5 m/s^2。     

磁浮列车乘坐舒适性性能测试与评估

对磁浮列车PV1车、PV2车在上海磁浮示范线A、B线上运行时,磁浮列车的乘坐舒适性性能进行测试与评估.测试结果表明车体的舒适度总体上是舒适的,可满足在线路上430 km/h的运行要求.     

沪通长江大桥引桥车桥耦合振动研究

沪通长江大桥引桥采用连续布置的48 m简支梁桥,当列车以200~250 km/h通过时,其变形曲线相当于连续多个波长、幅值一定的激励,其激振频率约为1 Hz,与车体自振频相当,容易引起车体共振。为保证48 m简支梁桥的动力性能满足要求,对不同车型以不同速度通过该桥的安全性和舒适性进行研究分析。研究结果表明:就桥梁而言,除SS8牵引双层客车在200 km/h时跨中横向加速度超限值约为7%外,其余工况跨中横向、垂向加速度均低于规范限值,基本满足要求;就车辆而言,各工况下安全性和舒适度均满足要求,因此,48 m简支梁能满足客车120~250 km/h范围内安全舒适运行。此外,车桥系统动力性能满足要求时所采用的轨道不平顺样本特征与我国160 km/h级的轨道不平顺管理值相当,综合考虑分析结果和我国线路运营维护水平,建议采用160 km/h级的轨道不平顺管理值作为该桥的不平顺管理标准。     

高速列车车下设备对车体垂向振动影响规律研究

车下设备因其质量较大,对车体的振动模态特性和车辆乘坐舒适性都有着重要影响。建立了9自由度的车体-设备刚柔耦合数学模型,获得了车体中部、构架上方三个参考点的加速度频率响应函数表达式,研究了车下设备对车辆垂向振动的影响规律。考虑了在几何滤波效应、设备的安装方式(刚性、弹性)、运行速度等因素作用下,车体的三个参考点在垂向弯曲频率下的振动加速度响应特性,最后讨论了设备的质量以及吊挂阻尼比对车体振动水平的影响。研究结果表明,设备弹性悬挂能有效降低车体振动水平,在速度低于150 km/h,几何滤波效应对车辆的振动影响较大,在此速度范围内设备悬挂参数设计应该充分考虑几何滤波效应的影响,合理的选择设备质量和阻尼比能有效控制车体的振动。     

吊挂设备对高速列车垂向舒适度影响

为了研究设备的悬挂参数对车辆舒适度影响趋势,建立9自由度的车辆-设备刚柔耦合系统模型,得到车辆中部、构架上方三个参考点加速度频率响应函数表达式,推导了参考点的舒适度计算公式,结果表明:车辆速度对舒适度影响明显,舒适度指标随着车辆速度增加而增加,且在设备悬挂于车体中部时车体端部垂向舒适度比中部大。基于隔振理论选定设备悬挂频率研究范围为5 Hz~12 Hz,计算发现设备悬挂频率的变化对车体参考点舒适度影响较小。同时选定设备悬挂连接点位置到车体前端距离le1的变化范围为6.5 m~21 m,结果显示悬挂位置靠近车体中部时,车辆中部和构架上方舒适度均减小,车辆也能获得良好的乘坐舒适性。最后计算车辆时速为200 km/h时三个参考点的加速度有效值,发现构架上方加速度有效值略大于车体中部,且悬挂设备越靠近车体端部,车辆中部加速度有效值越大,这种现象在10 Hz以内最为明显,随着频率不断增大,不同悬挂位置对中部加速度有效值影响逐渐减小。     

提速条件下万吨重载列车通过曲线的车辆稳定性及轮轨动态相互作用试验研究

为研究重载铁路既有线提速（由80km/h提至90km/h）对列车通过曲线的稳定性及其轮轨动态相互作用的影响,开展车辆动力学及轨道动力学试验。试验结果表明：车辆稳定性测试中,随运行速度提高,万吨重载列车的车体、构架及承载鞍加速度普遍小幅增大,其范围分别为0.02g～0.20g、0.13g～0.33g和5.2g～48.8g,相比重车工况而言,空车工况下构架加速度受列车运行速度变化的影响更为显著;轨道结构测试中,轮轨垂向力及横向力的范围分别为101.91～168.30kN和23.51～86.22kN,重载列车提速引起轮轨横向力小幅波动;钢轨及轨枕的垂向加速度范围分别为20.32g～59.32g、2.75g～7.50g,钢轨及轨枕加速度均随列车速度的增加而增大;测试中,车辆稳定性及轮轨动态相互作用指标均小于安全限值。     

长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响,选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁:一跨25 m简支梁和(25+35+25)m连续梁为研究对象,开展现场动载试验,测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比,随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明:两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合;在磁浮列车作用下,简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20 Hz以内,横向加速度峰值分布在20～80 Hz,其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时,车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致,通过简支梁时的振动幅值更大;悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体,空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。     

直线电机振动特性对车轮多边形问题的影响研究

针对国内某地铁车辆因车轮多边形造成舒适性差的问题展开动力学仿真和线路测试研究。理论上简要分析了车轮多边形产生的原因并建立地铁车辆动力学模型,计算得到转向架各部件的振动固有频率,并发现车辆平稳性在40 km/h速度下异常恶劣。建立以轨道不平顺为输入、电机位移为输出传递函数,分析了40 km/h速度下车轮多边形产生的外部激励43.6 Hz与直线电机垂向固有频率接近从而导致电机发生共振,进一步加剧了车轮多边形恶化。线路跟踪实验表明,车体上的平稳性指标同样在40 km/h时异常恶化,恶化程度随车轮多边形波深增大而加剧。归纳提出以异常振动速度为切入点,对车轮多边形问题分析的仿真和线路实验方法。最后对直线电机悬挂参数进行优化,消除剧烈振动,提高了乘坐舒适性。     

弹性车轮地铁车辆过曲线性能分析

为研究弹性车轮地铁车辆曲线通过性能的影响,建立刚柔耦合地铁车辆系统动力学模型。以实验测得橡胶径向和轴向刚度,求得弹性模量,通过有限元模态分析,在软件UM中建立考虑弹性车轮为柔性和考虑标准车轮为柔性的刚柔耦合地铁车辆模型。研究弹性车轮柔性对地铁车辆动态曲线通过的安全性及平稳性,对比分析不同工况下考虑弹性车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型和考虑标准车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型动态曲线通过时的动力学响应。通过对脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、车体横向振动加速度、车体垂向振动加速度、垂向平稳性、横向平稳性和轴箱横向振动加速度对比分析,得出结论如下：弹性车轮地铁车辆模型的脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、轴箱横向振动加速度、车体垂向振动加速度和垂向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的降低。弹性车轮地铁车辆模型的轮重减载率、车体横向振动加速度和横向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的微幅上升。     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

轻型客车悬架系统垂向动力学优化研究EI北大核心CSCD

为提升某轻型客车平顺性,进行了空气弹簧性能和悬架系统的匹配研究。建立了整车多体动力学模型,通过前悬架K&C台架试验、后悬架理论计算验证了悬架仿真模型的准确性,仿真得出脉冲路面输入下乘客位置在20 km/h垂向加速度过大。搭建联合仿真平台,以扭杆弹簧和空气弹簧参数为设计变量,采用径向基神经网络和神经网络建立了驾驶员位置、乘客位置垂向加速度代理模型,并结合遗传算法对代理模型进行多目标优化,得出悬架参数优化方案。结果表明:当优化后车辆以20 km/h和30 km/h过脉冲路面时,乘客位置的最大垂向加速度分别减小了26.46%和24.88%;在以80 km/h速度过B级随机路面时,乘客位置的垂向加速度均方根值减小了23.72%。同时,驾驶员位置平顺性基本不变,明显改善了整车平顺性。     

特种平车线路试验加速度异常分析与仿真

在对特种平车(如双层集装箱凹底平车)进行120 km/h线路动力学试验中,多次出现重车下心盘处垂向加速度过大,甚至高于车辆空载时的异常现象,而同时试验的其他敞车或棚车等却没有此问题.在对试验取得的垂向加速度频谱分析后,发现车体振动的主要频率高于车体的低阶弹性自振频率,并且响应主频会随着车速的提高而线性增大,这与之前一些研究认为加速度过大是由线路不平顺激起车体的弹性振动结果不一致.为了解其机理,建立具有刚柔耦合车体的凹底平车整车非线性动力学模型进行仿真,并与C70敞车的仿真结果进行了对比,仿真结果与试验基本一致.结果表明,加速度超标的主要因是:在线路不平顺激扰下,重车时转向架减振斜楔产生较大冲击力作用于凹底平车心盘,而此处的等效被冲击质量偏小,从而在车体心盘处产生较大的垂向加速度.     

新型柔性护栏碰撞安全性仿真分析及实车验证

为研究新型柔性护栏碰撞安全性,据国内现有评价标准,通过建立车辆、护栏有限元仿真模型,结合多次实车碰撞试验,对新型柔性护栏碰撞安全性进行综合分析。基于VPG前处理软件,对所建“汽车-护栏”模型从车辆运动轨迹、车体加速度及护栏最大横向位移等方面分析车辆撞击新型柔性护栏的碰撞安全性;通过实车碰撞试验验证护栏对车辆的导向性。结果表明,仿真计算所得车辆运行轨迹、车体加速度等护栏安全评价指标与试验结果一致,满足法规评定标准要求。     

考虑弹性振动的城市轨道车辆频变吸振器减振方法

车体轻量化设计是城市轨道车辆技术发展趋势，然而轻量化后的车体可能会引起车辆的弹性振动加剧，导致运行过程中车辆平稳性和乘坐舒适性下降问题。为了有效抑制城市轨道车辆弹性车体的垂向振动、提高车辆乘坐舒适性，利用变刚度机构的系统频率呈非线性变化的特点，建立包含频变吸振器的城市轨道车辆弹性车体垂向动力学模型，提出利用频变吸振器抑制弹性车体垂向振动的减振方法，分析不同速度、不同位置安装频变吸振器的减振效果，指明频变吸振器的优点。通过对比频变吸振器与传统被动式吸振器的减振效果，对频变吸振器抑制车体振动进行评价。结果表明：频变吸振器在不同速度、不同位置均能有效抑制车辆刚性与弹性振动；频变吸振器的优点在于一定程度上能够拓宽被动式吸振器的减振频带，提升吸振器在复杂工况下的减振能力。该工作为利用频变吸振器在城市轨道车辆上的应用提供了参考依据。     

转K2型转向架交叉拉杆的有限元仿真研究

交叉拉杆是转向架的关键部件之一,在车辆运行中承受横向、纵向和垂向载荷的共同作用。基于弹性有限元理论,利用有限元分析软件ANSYS对其进行在时速60km/h、80km/h、100km/h、120km/h的直线运行工况下的动应力仿真,由ANSYS求解器给出轴向应力和等效应力,根据所求得的应力结果,判定出交叉拉杆的危险部位,并分析其高应力区产生的原因,计算结果与文献[2]相符合,为今后交叉支撑装置的疲劳可靠性研究奠定基础。     

不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究EI北大核心CSCD

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。     

地铁车辆接触网硬点在线检测系统设计

针对地铁车辆弓网系统安全检测的重要性及现有接触网硬点检测技术的不足,基于高低压隔离技术,结合受电弓滑板垂向加速度和滑板振幅,作为硬点评价的基准,研究并设计一种新型地铁车辆接触网硬点在线检测系统。首先,进行硬件设计,选用灵敏度高、误差小的电容式加速度传感器和激光测距仪,以及采样速率高、抗干扰能力强的IMC数字采集器;然后,进行软件设计,基于LabVIEW软件开发环境,编写相应的测试软件,实现垂向加速度信号和高度信号的实时显示与记录;最后,为验证检测系统的测试性能,以杭州地铁2号线地铁车辆为测试对象,于40 km/h、60 km/h和80 km/h的速度级工况下进行装车往返试验。试验结果表明,各工况下前后滑板垂向加速度的最大值分别为3.817 g、9.208 g和15.827 g,单位跨距内的滑板最大振幅分别为19.4 mm、21.4 mm、24.1 mm,并未检测出硬点,与地铁运营单位对实际线路的维护检查结果一致。另对部分测试数据进行分析处理,分析结果可充分体现检测系统的安全性、准确性和实用性。     

超导电动磁悬浮列车次级悬挂半主动控制研究

为了提高超导电动磁悬浮列车的乘坐舒适性,建立了由三辆车体与四台转向架铰接式组成的14自由度超导电动磁悬浮列车垂向-俯仰动力学模型,以轨道随机不平顺时间序列作为激励,本文通过研究车体垂向速度和垂向加速度的耦合作用规律,提出了改进天棚阻尼半主动控制方法。通过建立仿真模型,对比分析了天棚阻尼和改进天棚阻尼两种半主动控制方法应用于超导电动磁悬浮车辆次级悬挂的减振效果。结果表明,在改进天棚阻尼控制作用下,编组车辆中间车体质心处的垂向加速度和俯仰加速度的均方根值相比被动控制分别降低了19.77%和17.34%;在获得相同减振效果的前提下,相较于天棚阻尼半主动控制方法,改进天棚阻尼控制半主动方法作用下输出控制力的峰值减小了12.8%,因此改进天棚阻尼控制方法控制效果更佳,减振效率更高,更适用于车辆振动的控制。     

动车组空气弹簧节流孔直径优化研究

为研究铁道车辆二系垂向阻尼装置由减振器变为节流孔带来的改变,基于某高速动车组动力学试验和该动车组所用空气弹簧动态特性试验,建立其动力学模型。从车体垂向平稳性、振动加速度角度分析节流孔直径选型。结果表明:空气弹簧节流孔不仅能影响垂向阻尼,同时也影响垂向刚度;分析垂向平稳性时可以考虑选择0.7 Hz激振频率下空气弹簧刚度和阻尼特性等效其非线性特性;变减振器为节流孔后,节流孔能有效减小垂向振动加速度均方根值;在列车运行速度高于150 km/h时,建议减振器阻尼范围为10 Ns/mm至20 Ns/mm,节流孔直径范围为12 mm至16mm;比较两种阻尼装置,建议选择节流孔提供阻尼。     

高速列车半主动悬挂系统遗传优化模糊控制

为有效抑制高速列车车体的横向振动,在ADAMS/Rail软件中建立列车横向半主动悬挂动力学模型,在Matlab中编写遗传算法程序,提出采用浮点数与整数混合编码和基于个体适应度值标准差的自适应遗传交叉、变异概率的方法,优化半主动模糊控制器的量化因子、比例因子、隶属度函数和模糊规则,以车体前后两端横向振动加速度的均方根值作为遗传算法优化性能指标,不断优化半主动悬挂系统的模糊控制器。联合仿真结果表明：采用遗传优化设计模糊半主动悬挂,能有效抑制车体横向振动加速度,改善列车的乘坐舒适性。