高速动车组振动传递及频率分布规律

运行速度提高后,列车对轮轨激扰的敏感性增强,轮轨激扰频率范围进一步增大,深入研究高速动车组振动及传递规律对全面认识车辆系统振动特性具有重要意义。在车辆上布置加速度和空气压力传感器,获得了武广客运专线高速动车组车辆轴箱、构架以及车体振动加速度和隧道通过车体表面气压变化,给出振动加速度功率谱密度计算方法;对照列车运行速度图,分析典型工况如高速直线、低速直线、道岔通过以及气动压力等工况下,列车系统关键部件振动加速度峰值、幅值、主振频率以及振动频率变化、能量衰减和传递规律;在引入加速度谱的基础上,给出了测试里程内系统振动频次和振动幅值之间对应关系。研究结果表明,与列车运行速度和车轮半径对应的轮轴转动频率在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;列车运行速度越高系统振动加速度峰值越大,道岔通过可激起车辆系统振动幅值更大的振动,隧道通过气压变化对车体振动有明显影响;高速列车轮轴系统主振频率一般为400～600 Hz,构架为0～50 Hz、车体主要为0～2 Hz;从轮轴、构架到车体这一振动传递过程中,车辆系统加速度谱密度和幅值一般呈两个和一个数量级衰减趋势。     

基于磁流变阻尼器的铁道车辆结构振动半主动控制

在建立铁道车辆柔刚体系统垂直动力学模型的基础上,应用独立模态空间控制理论和最优控制理论,对影响车辆垂直运行平稳性的车体低阶弯曲结构振动和浮沉、点头等刚体振动进行控制。根据铁道车辆悬挂系统的特点,提出采用磁流变阻尼器作为作动器,以降低车体垂直加速度进而改善运行平稳性为目标的半主动控制策略,来实现在性能改善和能量消耗之间的协调,在ADAMS和Matlab/Simulink?环境下,应用机械系统和控制系统联合仿真技术,对采用半主动控制策略的整车性能进行仿真研究。仿真结果显示该半主动控制策略能较好地抑制车体第一阶弯曲模态的结构振动,并可改善车辆运行平稳性,针对铁道车辆系统的磁流变阻尼器在设计上是可行的。     

柔性车体与构架对车辆振动响应的影响分析

文中为在车辆多体动力学仿真中将车体和构架考虑成柔性体,使用有限元子结构分析,对车体和构架有限元模型进行缩减。通过刚柔耦合多体动力学仿真,获得车辆线路实际测点处振动加速度响应,并与实测数据进行对比,研究柔性车体与构架对车辆振动响应的影响。研究结果表明：相对于多刚体动力学模型,将车体和构架柔性化处理后进行仿真,车辆在更多频率处的振动响应会增大,计算得到的测点振动加速度均方根值也更大,与实测数据更接近,证明了在进行车辆系统动力学分析时将车体和构架考虑为柔性体的必要性。     

高速列车垂向振动鲁棒H_∞控制器设计

随着高速铁路的迅速发展,车辆振动加剧,严重影响乘坐的舒适性和运行平稳性。通过分析车辆振动机理,利用Matlab/Simulink软件建立了6-DOF高速车辆垂向振动模型。考虑到高速车辆垂向振动模型忽略的不确定性和控制系统的性能要求,对名义对象进行加权处理,建立PS/T广义对象模型,在运用线性矩阵不等式(LMI)给出鲁棒H_∞控制器存在条件的基础上,对其进行凸优化处理求解鲁棒H_∞次优化控制器来抑制车体垂向振动,提高高速车辆的运行品质和运行安全。以美国6级轨道高低不平顺作为外部输入进行仿真。仿真结果表明:高速车辆在以200km/h运行时,鲁棒控制器对车体的浮沉振动、点头振动的抑制效果显著,振动状态明显优于车辆被动悬挂系统。     

地铁线路钢轨波磨对车辆振动特性的影响

某地铁线路运营过程中,在通过波磨区段时车辆振动水平加剧,从而导致车辆的轴箱盖螺栓、一系悬挂弹簧等部件频繁发生疲劳断裂.为了研究钢轨波磨对车辆振动特性的影响,首先在车辆各主要部件上安装振动加速度传感器,然后在存在钢轨波磨的线路上开展车辆振动测试,根据获取的振动加速度数据来分析钢轨波磨、轨道结构及钢轨打磨前后条件下车辆轴箱、弹簧座、构架和车体地板的振动特性.结果表明:钢轨波磨对车辆轴箱、弹簧座和构架的振动影响较大,但对车体地板的振动影响不明显.轮轨系统振动在传递过程中,二系悬挂系统起到了较大的衰减振动能量的作用.当打磨后的钢轨波磨依然存在但波深显著降低的前提下,车辆轴箱和构架的振动水平显著降低,车体地板振动水平无明显变化.     

某地铁车Tc1振动特性及振动传递分析

为研究某地铁车Tc1振动特性及振动传递,对该地铁车进行了线路振动模态试验。首先提取60 km/h下稳态30 s振动加速度,利用Test.Lab软件识别了车体及构架工作模态参数,然后在时域方面以6 s的时间段确定平均最大值和有效值,对该地铁车的动力学性能进行了评价。频域方面利用振动加速度频谱图的峰值点确定车辆振动主频。最后计算了各频段下由轴箱到构架、构架到车体的频域传递率。结果表明,该车辆的轴箱悬挂系统对高频振动具较好减振效果,空簧悬挂系统对低频振动有很好的减振效果。     

基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统半主动控制

将磁流变阻尼器应用于履带车辆的悬挂系统中,研究了磁流变阻尼器在不同电流下的力学特性和耗能特性。建立了履带车辆二自由度车体振动模型,提出了基于线性二次型(LQR)最优控制理论的半主动控制算法。对典型沙土路面激励下履带车辆悬挂系统的半主动控制效果进行了仿真,与被动及开关控制的减振效果进行比较,得出了车体振动加速度、线位移、角加速度和角位移的响应曲线。结果表明,该控制算法对基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统有着很好的控制效果。     

履带车辆振动谱测试与分析方法研究

分析了引起履带车辆振动的主要因素,建立了车辆运动过程动力学模型,分析了车速、路面激励与车辆振动谱三者之间的关系.通过对典型测点的振动加速度信号分析,得出影响该履带车辆振动的主要因素是行动部分传到车体的振动,与车速密切相关,而由动力传动系统传到车体的振动相对较小.在履带车辆减振设计时应主要考虑由车速引起的工作频率与车辆固有频率的耦合同题,同时改变车体多个局部构件的固有频率重叠亦可消除共振耦合现象,减小车体的振动量级,改善车辆人-机环境.     

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明:车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7~1.5 MN/m内比较合适。     

采用压电作动器的车体振动主动控制仿真研究

为了提高铁道车辆的运行速度,车体承载结构成轻量化设计趋势,从而导致了车体结构刚度明显降低,垂向弯曲振动十分明显,严重影响车辆运行平稳性和乘坐的舒适性。因此,有必要对车体的垂向弯曲振动要进行有效的控制。采用压电作动器对车体振动进行控制,从而能降低车体的弹性振动。计算结果表明,车体的弹性振动得到了有效的抑制,尤其是对车体振动能量贡献最大的一阶弯曲振动,改善了乘坐的舒适度,从而证实了主动控制的合理性和优越性。