车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究EI北大核心CSCD

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

考虑车下设备的城轨车辆弹性车体垂向振动特性研究

以研究城市轨道车辆弹性车体振动特性与车下设备之间的耦合振动关系为目的,利用模态叠加法原理建立了含有车下设备等效欧拉梁车体的刚柔耦合多体动力学模型。在多种不同工况下分析了城市轨道车辆弹性车体中部与转向架上方的振动响应,讨论了车体的一阶弹性模态频率对弹性共振速度的敏感性,从全车长角度分析了车体与车下设备之间的耦合振动关系,并分析了全车振动变化情况,最后对车辆平稳性进行了评价。研究结果表明:车下设备采用弹性悬挂对车体全车振动有很好的抑制作用;从抑制车体全车振动的角度,需要将设备对称安装在车体中部,对不同质量的车下设备采用弹性悬挂要有选择性;车体弹性振动受共振速度影响较大,在非共振速度下运行,能够有效降低全车的弹性共振,提高乘客的乘坐舒适性。论文工作对减少城市轨道车辆的弹性振动提高车辆舒适性和对车下设备的合理布局与悬挂有一定参考价值。     

基于几何滤波效应的高速列车牵引变压器悬挂参数设计

为了对高速列车牵引变压器悬挂参数进行设计,提出了一种基于几何滤波效应的变压器悬挂参数设计思路。建立车辆-变压器耦合系统模型,推导了车辆振动响应功率谱密度函数,并从轨道不平顺激励函数、车辆设备耦合系统频响函数、车辆系统振动响应谱密度函数的角度出发探讨了滤波效应对车辆系统振动特性的影响,通过将变压器悬挂频率设计为滤波频率来衰减车体的弹性振动。研究结果表明:在低频范围车体极易因为轨道低频激励能量过大引起车体产生强迫振动;两种典型速度下,车体的低阶垂弯模态与轮轨激励共同作用导致车体产生较大振动幅值;车体的高阶垂弯模态因为滤波效应或者激励能量过低导致车体在高阶垂弯模态频率处振幅较小;对于设计时速250 km/h的高速列车,其变压器悬挂频率设计为9.8 Hz能显著衰减车体的弹性振动。研究结果可以为高速列车车下设备悬挂参数设计提供指导意义。     

车下悬吊系统长期服役振动特性及减振研究

为研究车下悬吊系统长期服役振动特性,分析一个镟轮周期内车体和设备的振动特性,试验结果表明车体和设备的横向振动变化明显。建立考虑车体弹性的刚柔耦合动力学模型,研究分析悬吊参数对车体减振的影响。仿真结果表明车体横向振动在5万到10万公里内变化显著;车下设备横向悬挂频率与车体1阶横弯振动频率接近时,车体的减振效果最明显;阻尼比只在悬挂频率处于低频区域时才起到较大的作用;设备质量对车体振动的影响主要体现在镟轮周期的后期;合理选取悬挂参数可以有效降低长期服役过程中的车体横向振动。     

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。     

高速列车车下设备模态匹配研究

建立了整备状态车体有限元模型及包含车体弹性的高速列车车辆刚柔耦合动力学模型,分析了车下设备吊挂方式对车体整备状态模态参数的影响,提出车下设备隔振橡胶件参数设计方法,并研究了整备状态下车体与车下设备悬挂模态参数的匹配关系。结果表明,车下设备采用弹性吊挂时,车体整备状态下的模态频率显著提升;合理设置车下设备隔振悬挂参数可有效降低车体弹性振动,算例中,当橡胶件的静挠度设置为8~9 mm时,设备浮沉频率可与车体垂向一阶弯曲频率避开,侧滚频率可与车体菱形变形模态频率避开,有源设备高频振动减振效果理想,车辆可以获得优良的运行平稳性,同时车下设备自身振动亦不剧烈。     

车下有源悬吊设备与车体耦合振动研究

通过对我国高速动车组进行线路试验,发现车下有源旋转设备的不平衡质量所引发设备颤振会与车体地板发生耦合振动,影响车辆动力学性能。为研究有源车下设备与车体耦合振动特性,考虑车体的弹性振动,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析有源旋转设备不平衡量对设备和车体振动的影响。结果表明,有源设备在特定频率范围内容易激发车体的低阶模态,随着不平衡量增加,导致车体振动逐渐增大。为减小车下有源设备振动对车辆动力学性能影响,进行有源设备悬挂参数匹配研究,得出最佳悬挂刚度和阻尼;同时提出有源旋转设备的两级隔振方案,研究发现两级隔振方案能够有效降低车体垂向振动,最大可减小约26%。     

车辆与吊挂设备耦合作用垂向系统振动传递及平稳性研究

基于车辆-无砟轨道耦合系统垂向动力学模型,建立了由轨道不平顺到车体、转向架和各吊挂设备的振动加速度传递函数以及运行平稳性的传递函数,分析了吊挂设备与车体、转向架等主体部件间采用刚性与弹性两种吊挂方式下,车辆系统部件振动传递特性的差异。讨论了部件间连接刚度变化对各部件加速度传递特性以及车辆运行平稳性传递函数的影响,并通过对比给出了主体部件与吊挂设备间连接刚度的合理取值,研究了吊挂跨距的改变以及吊挂位置的偏置对于平稳性及部件加速度传递函数的影响。在考虑车体弯曲弹性振动下,分析了车体的抗弯刚度和结构阻尼比对平稳性传递函数的影响。结果表明:弹性吊挂能够优化车体和构架等主体部件的中、低频传递特性,吊挂跨距的增大使构架及车体吊挂位置处的传递函数增大;随速度的增加,前、后部平稳性指数的差异有所加大,车体抗弯刚度和结构阻尼比在常规范围内选取时,平稳性指数的变化并不十分显著。     

基于Simulink的柔性车体垂向振动特性分析

考虑车体的柔性模态,运用振型叠加法获得车体的垂向振动微分方程,并在MATLAB/Simulink中创建车辆刚柔混合垂向动力学模型,分析车体各阶弹性自振频率、阻尼比及车辆行驶速度对车体垂向振动特性的影响,并基于上述分析提出车辆平稳性共振波长的概念,论证平稳性共振波长是车辆的固有特性,为车辆的设计及线路的维护工作提供参考和评价帮助。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

弹性车体垂向运行平稳性一系最优控制研究

采用基于轨道谱及包括轮轴间时延预瞄的最优控制算法,在一系悬挂中加入主动控制,设计其主动控制规律,从降低轨道至车体振动的传递入手,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析。结果表明,该最优控制算法对车辆系统的振动有较好的抑制作用;可以改善轨道至弹性车体中部的振动加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制整车的弹性振动;最优控制算法对车辆系统的1Hz左右的低频振动、以及包含人体垂向振动敏感频域(4Hz-8Hz)的4Hz~10Hz频率内的振动衰减明显,但对车体高频振动作用不大。并与二系主动悬挂系统比较,发现一系主动悬挂能更有效的控制车体的弹性振动,且抑制的频率范围较宽,车辆运行平稳性更佳,为今后弹性车体减振措施选择提供依据。     

车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。     

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。     

内燃动车垂向振动较大的原因分析

针对某型号内燃动车进行振动测试，通过分析悬挂部件之间的振动传递、测点之间的相干性及振动频率关系得出静压泵振动和车体局部的弹性振动是导致内燃动车车体地板垂向加速度较大的原因。     

铁道客车车体弹性振动减振研究

铁道客车高速化和轻量化导致车体产生了严重的垂向弹性振动。为了研究弹性振动的减振方法,在将车体考虑成两端自由等截面欧拉梁的基础上,建立了铁道客车刚柔耦合垂向动力学简化模型。计算了系统各部件的固有模态,并确定了车体弹性振动的计算阶数。进行车体弹性振动幅频特性分析,给出了车辆系统悬挂参数和车体结构参数对弹性振动的影响。提出采用粘弹性约束阻尼层来减小车体的弹性振动。仿真结果表明:弹性车体模型的振动大于刚性车体;车体一阶弯曲振动对弹性振动的贡献最大;为了减小车体的弹性振动,车体垂向弯曲自振频率应该足够大于2倍构架浮沉自振频率,但应小于构架结构振动自振频率。应采用适当的一系、二系垂向阻尼和提高车体结构阻尼来衰减车体弹性振动。约束阻尼处理能够提高车体结构的损耗因子,可以明显地衰减车体弹性振动。     

车辆-设备耦合系统动态作用力传递特性分析

为了研究多设备悬挂系统与车体间的力传递特性,建立车辆-设备刚柔耦合模型,推导车体、设备的加速度频域响应函数表达式,分别获得车体与单、双层悬挂系统力传递率积分和表达式。研究系统悬挂频率、悬挂位置、双层悬挂系统质量比对传递率的影响。计算结果表明：与双层悬挂系统相比,单层悬挂系统与车体之间传递率较大且受车辆速度影响明显。单层系统在悬挂频率为7 Hz至10.5 Hz时传递率较高;而在双层系统中,增加框架悬挂频率,框架与车体传递率增加;增加设备2 悬挂频率,传递率下降。单层悬挂系统远离车体中部时,能避免出现设备与车辆传递率较大现象,当设备1 的纵向悬挂位置小于6.5 m时,能获得较好传递特性,而悬挂位置对双层悬挂系统传递率影响较小。双层隔振系统质量比对框架-设备2 传递率影响不大,对框架-车体传递率影响显著,传递率随着质量比增加逐渐减小。双层隔振系统中,框架质量越大,车体-框架传递率越小,传递到框架上的力就越小。     

基于傅里叶幅值检验扩展法的轨道车辆垂向模型全局灵敏度分析

为筛选明显影响轨道车辆垂向振动特性的设计参数,简化车辆模型参数优化设计过程,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法对典型轨道车辆垂向模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明,二系悬挂与一系悬挂阻尼变化对车体沉浮运动影响较一系悬挂刚度大;调整车辆定距也会影响车体点头运动;模型设计参数间存在微弱的交互作用。所用该研究方法及结论对轨道车辆模型的振动特性研究及参数优化设计具有一定参考价值与工程意义。     

高铁车辆横向振动耦合机制及其减振技术对策

结合欧系车辆转向架技术创新特点,提出一种基于刚柔耦合仿真技术的车下质量橡胶吊挂优化设计方法。横向振动耦合机制是指以二系横向悬挂构成车体对走行部接口传递媒介的横向高频振动耦合机制,且具有抗蛇行高频阻抗、车体摇头大阻尼和"无纵梁无骨架"铝合金车体3大特殊性。因而整装车体下部1阶横向弯曲模态振动将对车体技术服役寿命30年造成十分严重的负面影响。对于车下质量橡胶吊挂来讲,比例阻尼是抑制车下质量横向振动的积极因素之一,而对中部地板横向加速度则具有极值特征,即比例阻尼取0.5%,其全频域(RMS)3σ最小。也应当注意到上述减振技术的局限性,即在走行部非常工况下,较大的车下质量存在横向耦合振动的可能性,进而造成自重楔紧失效。