考虑轴承故障高速列车齿轮传动系统振动响应分析

齿轮传动系统在高速列车运行过程中起着连接和动力传递的关键作用,齿轮传动系统中的滚动轴承长期处于高速运行状况,易于出现故障。为研究轴承出现故障后高速列车齿轮传动系统的振动响应,基于Hertz接触理论,考虑齿轮传动系统输入轴上圆柱滚子轴承内圈滚道上的剥离故障,利用三维建模软件SolidWorks和动力学软件RecurDyn分别建立正常工况和故障工况下的齿轮传动系统动力学模型。通过仿真分析可以发现：故障工况下,输入轴上轴承滚子的角速度会出现周期性突变,输出轴上从动齿轮的角速度变化剧烈,而轴承滚子的角速度几乎不变;输入轴上包括主动齿轮在内的所有零件振动加速度明显增大,并且输出轴上零件的振动加速度也有所增大;主动齿轮和从动齿轮齿面接触力增大;输入轴上轴承滚子与内圈会瞬时脱离,影响轴承的稳定运行。研究结果可为高速列车齿轮传动系统中轴承故障的诊断、预防提供参考数据。     

牵引电机转子振动对高速列车动力学性能的影响

为了分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括驱动系统的动车非线性动力学模型,模型中考虑了转子-轴承系统的非线性力.通过数值仿真,研究了转子-轴承系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱动、匀速和惰行工况下的动力学特性.结果表明,电机转子的振动是由轴承变刚度频率...     

高速机车牵引齿轮传动系统动态特性及非线性因素影响研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿面间隙、轴承游隙等多种非线性因素影响,并考虑高速机车齿轮传动系统三维空间五个方向的振动响应,建立高速机车齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合多自由度动力学分析模型。对动力学方程进行无量纲化后,采用4阶变步长Runge-Kutta法对高速机车齿轮传动系统动力学模型进行求解得到高速机车齿轮传动系统时间历程曲线和幅频响应曲线。定量给出齿轮内部激励、齿面间隙、轴承游隙等参数等对高速机车齿轮传动系统的影响,为齿轮的动态优化设计和齿面侧隙、轴承游隙等参数的合理选择提供理论基础。     

高速列车耦合大系统动力学研究

根据高速铁路结构和技术特点,把高速列车以及与之相关并影响其动力学性能的线路、气流、供电和接触网等耦合系统作为一个统一的大系统,通过建立高速列车、线路、弓网及供电等子系统动力学模型,以及轮轨、弓网、流固和机电等耦合关系模型,形成高速列车耦合大系统动力学模型。针对高速列车运行模拟要求,给出基于循环变量方法的列车动力学建模及计算方法、基于滑移模型的车线耦合计算方法、基于松弛因子的流固耦合计算方法,实现高速列车耦合大系统动力学仿真。     

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究

高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型。通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果。研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型。     

轨道不平顺激励下高速铁路桥上列车动力响应研究

本文用车桥耦合动力学的理论,分析了长波不平顺和短波不平顺激励下桥上列车的动力响应,并以列车的安全性和旅客的舒适性为管理标准,得出不平顺的安全限值。     

车间纵向减振器对空簧倾摆式高速列车动力学性能的影响研究

为了研究车间纵向减振器对空簧倾摆式高速列车相关动力学性能的影响,在某型高速动车组模型的基础上,考虑了包含倾摆阀的空簧非线性模型,建立了四动四拖八编组空簧倾摆式列车的动力学模型。通过改变车间纵向减振器的刚度阻尼参数分析其对空簧倾摆式列车稳定性、平稳性与曲线通过性能的影响。结果表明：车间纵向减振器能够减小空簧倾摆式列车的车体横移量,改善列车平稳性与曲线通过性能。其中横向平稳性指标值降低0.5%,轮轴横向力降低28.3%,轮轨垂向力降低3.3%,轮重减载率降低14.7%,脱轨系数降低40.9%;加装车间纵向减振器可以抑制空簧倾摆造成的车体1.3 Hz摇头振动,摇头角加速度幅值降低25.4%。安装合理参数的车间纵向减振器有利于提升空簧倾摆式列车的动力学性能。     

外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律,采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合试验台对轴箱轴承进行动力学试验,并与仿真结果对比,验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果,研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：当滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状时,不随外圈滚道损伤位置的不同而变化;当外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹无规律可循;当外圈滚道损伤位于6点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最小,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大;当外圈滚道损伤位于12点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最大,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小。研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。     

高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系,采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系,采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用,考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力,建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型,研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明:在轴承启动过程中,滚子自转转速抖动上升;启动初始阶段滚子打滑明显,其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大;轴承启动的初始阶段,滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈,且随内圈角加速度的增大而增大。     

外圈滚道损伤位置对高速列车轴箱轴承动力学行为的影响分析

为了探究轴承产生故障时其内部元件间的运动规律,以高速列车轴箱轴承为研究对象,采用多体动力学分析软件ADAMS建立了外圈滚道剥离故障的轴承动力学模型。模型综合考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,通过铁路轴承综合实验台对试验轴承进行动力学实验并对比部件转速,验证了模型的有效性。通过对外圈滚道不同损伤位置处的轴承进行动力学仿真分析发现：轴承有故障时,滚子与滚道间相邻两接触点的时间间隔变大;轴承故障的存在会加大滚子与滚道间的接触力,进而加剧轴承滚道的损坏;损伤位置位于6点钟时,对滚子打滑起到了抑制作用,滚子打滑率的增大会加剧滚道表面的不均匀擦伤;轴承转速越大,保持架运行越平稳,损伤位置位于12点钟时,对保持架的平稳运行影响不大。研究结果对推动轴承设计和故障诊断技术发展具有一定的理论和实际意义。     

地震波频谱特性对高速列车动态脱轨行为的影响

为研究地震下高速列车的动态响应及地震波频谱特性对车辆动态脱轨行为的影响,发展了一种地震激励下车辆/轨道耦合动力学数值模型,车辆模型被简化为考虑悬挂非线性特性的35自由度多刚体系统,板式轨道被视为由钢轨、扣件系统、轨道板及CA砂浆层组成的弹性支承结构,钢轨被视为连续弹性离散点支承基础上的Timoshenko梁,轨道板用三维实体有限元模拟。采用移动轨下支承模型分析离散的轨枕支承对系统动力响应的影响,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入计算模型中。基于仿真计算,对地震情况下高速列车的动力响应进行了详细分析,并重点分析了地震波频谱特性对高速车辆动态脱轨机理的影响。分析结果表明：地震波的频谱特性对车辆的动态响应、脱轨机理及车辆的运行安全有着重要的影响。     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。     

高速列车转向架技术研究

高速铁路运营对转向架技术提出了更高要求,为能设计出性能更优越的动车组转向架,调查了中国高速动车组的线路条件、动车组的车轮踏面磨耗情况,分析轮轨匹配关系;动力学分析中考虑了转臂节点、抗蛇行减振器、空气弹簧等部件的非线性特性,橡胶、减振器等减振元件高低温变化条件下车辆参数的变化,电机弹性悬挂方式等,在实际轮轨匹配关系基础上建立了车辆系统动力学模型。动力学系统仿真选择了最优悬挂参数,结合部件台架测试对悬挂元件进行了工程化设计;为掌握转向架服役周期内关键部件可靠性,对运用动车组转向架进行了大量的动应力测试,系统分析了中国无砟轨道条件下转向架主要承载区域载荷随车辆运营周期、不同气候条件、不同线路条件下的变化趋势,建立了中国高速列车载荷谱体系。通过结构、悬挂、传动、制动、焊接、降噪、轮轨等系统集成,形成高速列车转向架技术体系。     

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。     

基于增量谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动力学

建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。运用增量谐波平衡法对系统运动微分方程组进行求解,得到系统的基频稳态响应。研究了时变啮合刚度、外部激励、齿侧间隙等参数的变化对系统动力学特性的影响。研究结果表明,间隙的存在使得复合行星齿轮系统的频响曲线出现了幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统参数的共同作用使得复合行星齿轮系统出现了丰富的非线性动力学行为。利用本文的方法可以获得系统任意精度的近似解,为控制系统的振动与噪声,实现复合行星齿轮传动系统动态设计奠定基础。     

高速列车节能降耗关键技术研究

随着高速铁路快速发展,大量高速列车投入运营带来了能源消耗与环境保护等一系列问题。本文系统阐述了高速列车的能耗组成、权重及影响因素,进一步详细论证了高速列车节能降耗的关键技术。从低阻力技术、高能效牵引技术和能量回收再利用与综合管理等方面详细论证了节能降耗效果,有力推动我国高速列车的绿色、节能、环保的发展,持续提高我国高速列车高能效水平。     

基于试验模态的高速列车车体结构动力学模型修正研究

精确的有限元模型对于结构动态响应预测以及动态设计至关重要。利用模态试验数据,针对高速列车结构特点与动力学特性,深入分析设计空间方法选择、修正参数选择、响应面拟合和参数修正等关键问题,运用动力修正相关理论提出适合高速列车的基于试验模态车体动力学有限元模型修正方法。并运用该方法,采用模态试验数据修正高速列车车体结构的模态分析模型,频率的计算结果与试验结果的最大误差为-0.260 9%。研究验证基于模态试验数据高速列车车体动力学有限元模型的响应面修正方法的有效性。     

高速列车车速对空调负荷的影响分析

为了解车速对列车内空调负荷的影响,本文分析了空调负荷与车速有关的变化因素;探讨了列车提速对车体传热量的影响,通过车室内空调负荷的计算,得出车体隔热壁传热量与车速的变化关系及计算特点,最后总结其对空调负荷的影响。     

高速列车“通过噪声”的测试分析

为了评估高速列车运行时对轨道周围环境的噪声污染程度,对高速列车以不同速度工况通过时的车外辐射噪声(称为"通过噪声")进行了测试,得到了以最大A声级和1/3倍频程A声级标志的列车通过噪声的测量数据。分析了通过噪声的频谱特性、及其与列车速度的关系。测试数据表明高速列车通过噪声是宽频噪声,最大A声级在标准规定测试点上的值达到约90 dB,对铁路附近的噪声污染比较大;通过噪声随着列车速度增大而增大,在时速370 km以上增幅变大。     

一种高速列车空气动力学测试方案的设计

针对测试列车表面空气压力分布时用到带共模输出的小灵敏度气压传感器提出一种测试方案.首先消除信号共模输出,再进行信号放大,去除共模信号的影响;其次提升信号基准,保证测试信号的双向性;然后引入线路气压信号,消除线路气压趋势;最终测出列车表面相对气压分布情况.给出测试方案硬件设计思路及软件设计流程,并通过实车在线测试验证,取得较好效果.