基于EMD的气动载荷作用下动车组横向振动提取研究

为研究高速动车明线会车时引起其横向振动的主要原因以及分析气动载荷对于动车组运行稳定性的影响,以线路实验采集的车体表面压力与列车振动数据为基础,利用EMD分解得到振动信号的各个本征模(IMF)分量;对分解后的IMF分量进行相关性分析,利用相关性原理来重构振动信号。重构信号即为气动载荷作用下的动车组横向振动。对比分析动车组在有气动载荷与无气动载荷下的横向稳定性。结果表明:明线会车时气动载荷引起的横向振动频率主要集中在低频段0.3~10 Hz内,动车组横向振动加速度及横向平稳性的影响比只考虑轨道不平顺时要明显增大,明线会车时气动载荷是引起列车横向振动的主要原因。     

不同频率轨道激励下列车横向半主动控制研究

轨道不平顺激扰是影响高速列车横向振动最常见和最主要的因素,而目前对不同频率轨道激励下车辆横向振动以及其半主动悬挂控制算法实现的研究甚少。基于此,建立高速列车17自由度车辆横向振动仿真模型,运用经验模态分解基于频域采样的三角级数法模拟的轨道谱信号,并重构得到不同频率的轨道激励,对不同频率轨道激励下车辆横向振动和横向半主动悬挂天棚阻尼控制算法进行研究。研究结果表明,影响车辆横向振动的轨道谱信号主要集中在0～10 Hz;在270 km/h的运行速度下,当天棚阻尼控制算法的比例系数k取7.5～8.5时,车辆横向平稳性得到较大改善,可为轨道谱优化与改进以及天棚阻尼控制算法实现提供理论指导。     

气动载荷作用下高速列车横向振动虚拟惯性阻尼半主动控制研究

高速列车在会车气动载荷作用下,车体横向振动加剧,传统的基于天棚阻尼原理的半主动控制对此横向振动控制效果并不理想。针对这一问题,利用系统动力学仿真分析软件UM,建立CRH某型高速列车三维模型,分析气动载荷作用下车体横向振动的特征;提出了用工程中的可控阻尼实现阻尼力与加速度成正比而方向相反的虚拟惯性阻尼控制算法,在轨道不平顺及气动载荷激励下对车体横向振动进行半主动控制。结果表明:虚拟惯性阻尼控制方法不仅能抑制轨道不平顺引起的横向振动,还能很好地衰减气动载荷带来的横向振动,提高列车横向平稳性;能对人体头部和内脏较敏感频率范围的横向振动也有较好抑制,提高旅客舒适性。     

刚柔耦合列车半主动悬挂参数自调整模糊控制

为抑制刚柔耦合列车模型车体横向振动,在ANSYS中建立车体有限元模型并将模态中性文件导入ADAMS/Rail,建立考虑车体横向弹性振动的刚柔耦合列车动力学模型,分析弹性振动对车体运行平稳性的影响。提出以车体前后两端横向振动加速度为反馈,采用参数自调整模糊控制对车体前后横向加速度进行双闭环独立控制。联合仿真结果表明,柔性车体的横向振动显著大于刚性车体的横向振动,通过必要的半主动参数自调整模糊控制,有效的降低车体横向振动,获得相比于普通模糊控制更优的控制效果。     

QY-2型减振扣件对列车运行平稳性影响的测试与分析

高弹性减振扣件的安装,增加了轨道的弹性,有效降低了振动噪声的传递,同时必然会影响到列车的运行。为了考察QY-2型减振扣件对运营列车平稳性的影响,分别对南京地铁机场线的B型列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2型普通扣件轨道结构时的车体振动加速度进行现场测试,分析轨道扣件对列车平稳性的影响,结果表明采用QY-2型减振扣件可有效保证列车的平稳运行,列车在垂向和横向的平稳性指标都达到优。     

改进EEMD高速列车隧道交会横向振动研究

高速列车隧道交会时形成巨大的冲击压力,对列车横向振动产生巨大影响,同时,其横向振动也受轨道不平顺的影响。针对现有的经验模态分解(EMD)降噪过程中存在端点效应和模态混叠现象,提出一种改进的集合经验模态分解(IEEMD),并运用仿真信号验证该方法的有效性。对实测横向振动信号进行IEEDM分解,并结合相关性系数提取出气动载荷引起的横向振动;进一步分析轨道不平顺、气动载荷以及它们共同作用对列车横向振动的影响。研究结果表明:相比于轨道不平顺,气动载荷是引起横向振动的主要原因。     

高速列车车体抖振现象研究

针对某高速列车在运行时出现的异常抖振现象,实际测试该高速列车车体异常抖振加速度信号,将其时频特征、Sperling平稳性指标与非异常抖振加速度信号进行对比,分析发现,抖振时车体地板横向加速度信号呈现低频谐波特征,主频在10 Hz附近,Sperling指标超过"合格"限值.基于工作模态分析(OMA)并结合工作变形分析(O...     

轨道交通减振扣件对列车稳定性影响对比测试

为研究GH-1轨道交通新型减振扣件对列车稳定性的影响,进行轨道行车稳定性试验,测试列车通过不同轨道减振扣件区时转向架及车厢的横向和垂向振动加速度,与现行国际规范及国家标准规定的列车运行安全性和平稳性指标进行对比,并比较分析列车在不同扣件区的振动加速度响应。结果表明,列车通过GH-1新型轨道减振扣件区时,列车安全性和平稳性能够满足标准规定的限值,且车体的横向和垂向振动响应以及转向架的横向振动响应相对于列车通过国内常用的DT系列某型号扣件区时更小,列车稳定性更好。该结果对GH-1轨道交通新型减振扣件的使用安全具有参考价值。     

列车主动悬挂预测控制算法研究

为有效抑制列车车体的振动,针对列车在运行时受到的不确定轨道干扰激励等影响因素,开展一种基于标准正交基函数Laguerre的主动悬挂预测控制算法研究。首先建立列车主动悬挂系统的状态空间模型,再以此作为预测控制模型,结合预测控制中的滚动优化等基本原理,为高速列车连续时域主动悬挂系统设计相应的预测控制器。仿真结果表明:设计的预测控制器能够优化高速列车在运行时的振动主动控制性能,改善列车的乘坐舒适性。     

基于天棚和地棚混合阻尼的高速车辆横向减振器半主动控制

在研究抑制高速轨道车辆横向振动时,传统天棚阻尼控制方法使车体的横向振动降低的同时,却增加了转向架和轮对的横向振动,这样就导致机车高速运行时脱轨的可能性变大,运行安全性降低。针对上述问题,在Adams/Rial中建立了轨道车辆单节拖车的整车模型,利用Matlab/Simulink工具,结合天棚阻尼控制和地棚阻尼控制特点,研究了混合阻尼控制对高速列车横向振动的抑制作用。结果表明,混合天棚阻尼控制综合考虑了高速车辆运行时的舒适性和安全性,使高速车辆具有更好的综合性能。     

一种新型半主动协调控制对高速动车组曲线通过性能的影响

针对二系横向减振器和抗蛇行减振器在进行单独控制时出现的效果单一问题,提出了一种新型半主动协调控制方法,可协调直线和曲线线路条件下的车辆综合动力学性能。建立300 km级高速动车组的动力学模型,其中二系横向和抗蛇行减振器均进行了参数化处理;构建了横向和抗蛇行减振器的半主动控制模型,并模拟了动车组通过曲线轨道时的真实工况。经过仿真对比,发现单独对横向减振器施加半主动控制时,虽然能有效提高平稳性能,但会使安全性能恶化;而单独对抗蛇行减振器进行控制时,虽然使曲线通过性能提高,但会降低横向平稳性。有鉴于此,提出了一种针对横向减振器和抗蛇行减振器的新型半主动协调控制策略。经过仿真分析,发现该新型协调控制策略可有效解决上述问题,保证列车在曲线通过时,在确保安全性能的同时具有良好的平稳性能。     

面向车辆平稳性的抗蛇行减振器结构参数多目标优化

高速动车组在运营过程中依赖抗蛇行减振器维持车体横向振动的平稳性,为提高不同工况下车辆运行平稳性,需要对抗蛇行减振器结构参数进行多目标优化。首先建立包含抗蛇行减振器液压数值模型与CRH3 车辆动力学模型的UM-SIMULINK联合仿真模型,分析抗蛇行减振器结构参数对车辆平稳性的影响,随后基于车轮磨耗对轮轨接触几何的影响设计两种工况,基于UM-ISIGHT 联合仿真采用NSGA-II 算法对抗蛇行减振器结构参数进行多目标优化。结果表明：抗蛇行减振器常通孔径、卸荷孔径和活塞杆直径对车辆平稳性有不同程度的影响。车速较低时,增大常通孔径有利于车辆平稳运行;车速较高时,随着直径增大,常通孔、卸荷孔和活塞杆直径分别使车辆平稳性呈现“劣-优-劣”、“优-劣-稳定”和轴对称下降的变化趋势。对抗蛇行减振器常通孔径和卸荷孔径进行多目标优化后,高速、高等效锥度条件下车辆平稳性提高20.72 %,优化效果显著。     

铁路桥梁与高速列车的动力试验研究

在我国秦沈客运专线狗河大桥进行了高速列车作用下的动力试验。试验桥梁由跨度24m的多跨预应力混凝土简支箱梁构成,试验荷载为我国自行制造的中华之星和先锋号列车,其最高试验速度分别达到321.5km/h和290km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、阻尼等自振特性,梁的动挠度和横向位移、梁体振动加速度、墩顶横向位移等动力响应,以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨力、车体振动加速度等动力特性。试验结果表明客运专线24m预应力混凝土箱梁在高速列车作用下的各项动力学指标良好,中华之星和先锋号高速列车具有良好的行车安全性和平稳性。     

非平稳信号平稳性的一种度量方法

首先介绍了非平稳信号平稳性的一种定量测量方法.该方法用Hilbert时频谱定义非平稳信号的平稳度并给出了数学表达式.用该表达式可对非平稳信号的平稳性进行定量描述,可以检测非平稳信号的平稳性.然后,讨论了该表达式的意义.通过对某油田抽油机齿轮箱振动信号的应用研究,验证了该方法的有效性.该方法对非平稳信号的分析与处理具有重要意义.最后指出了这一方法需进一步研究的有关问题.     

城际列车晃车机理试验研究

针对某在线运营的城际列车的晃车现象,实测整车不同位置处的振动信号,对比分析在晃车与非晃车时间段内车辆的运行平稳性、时频特征以及车辆不同部位的信号相干特征,据此初步了解车辆在晃车时的典型特征;进而基于ODS分析理论,掌握车辆晃动时的整体振动情况,并基于构架稳定性分析结果,发现并验证城际列车晃车的机理。结果表明,发生晃车时,车辆横向平稳性指标大于2.5,晃车主频在4 Hz左右,相干性分析表明车体晃动与转向架振动有直接关系;基于ODS分析结果发现晃车时转向架蛇行与车体摇头反相耦合,此时转向架的蛇行稳定性不足,该蛇行频率与基于实测轮轨匹配等效锥度所得的理论计算频率基本一致,因此车辆系统稳定性裕量不足,转向架在较高运行速度工况下接近蛇行失稳状态是晃车的主要原因。     

基于MEEMD-HT的高速列车转向架蛇行失稳特征分析

为研究高速列车蛇行失稳时转向架横向、纵向和垂向的时频能特征,针对集合经验模态分解(EEMD)的模态分裂问题,提出一种改进的集合经验模态分解-Hilbert变换(MEEMD-HT)方法,首先对列车速度330~350 km/h时转向架蛇行失稳状态下的横向、纵向和垂向振动信号进行MEEMD分解,再通过HT分析MEEMD-HT能量谱和边际谱,并将MEEMD-HT分析结果与集合经验模态分解-Hilbert变换(EEMD-HT)对比。结果表明:列车蛇行失稳时,横向失稳现象最为明显,频率、能量分布高度集中,振动最为剧烈,纵向、垂向相对次之,但失稳现象显著;同时,MEEMD-HT方法能够体现出信号的时频能细节分布特征,优于传统的EEMD-HT方法。     

列车舒适度和平稳性检测仪的设计与实现

为实现高速列车舒适度和平稳性的实时检测,根据UIC513标准和GB 5595-1985,采用EPC-8000I-L嵌入式工控机主板和Linux实时操作系统设计并实现了一种人机界面丰富、实时性强、携带方便的列车舒适度和平稳性检测仪,重点讨论了平稳性舒适度检测仪的硬件结构、人机界面设计、数据处理方法以及为提高实时性所采用的模块拆分算法。通过把检测仪采集到的原始振动加速度信号传输给计算机进行检验计算,将计算结果和检测仪的检测结果进行对比分析,验证测试仪能够实时地准确测量并显示列车的舒适度和平稳性。     

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。     

驱动工况下高速动车组蛇行失稳非线性度

基于信号的波内调制现象定义信号的非线性指标,并研究高速动车组在驱动工况下(驱动系统在直接转矩控制下)蛇行失稳的非线性特征。首先建立包括高速动车组的车辆动力学Simpack子模型和牵引传动系统的直接转矩控制Matlab/Simulink子模型在内的机械电气耦合联合仿真模型,然后计算动力学响应,最后基于黄变换计算列车在蛇行失稳状态下动力响应的非线性指标变化。仿真结果表明:若列车出现蛇行失稳,转向架和车体横向振动非线性指标会急剧增大;完全失稳情况下,车体横向加速度非线性度大于0.1,转向架横向位移非线性度大于0.3。     

高速列车车体振动特性分析

高速列车的振动特性直接影响旅客的乘坐舒适性,因而研究和评估高速列车运行中的振动特性具有现实意义。本文采用simpack软件建立车体模型,模拟高速列车线路正常运行情况,分析车体的振动特性。高速列车在线路实际运行情况下,测试车体的振动信号,分析车体实际振动特性。对比仿真分析结果和试验测试结果,评价高速列车的振动特性,为旅客舒适度改善提供依据。