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。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

基于虚拟仪器的车辆振动测量分析

虚拟仪器技术是目前自动测试技术及测量系统的重要发展方向,本文介绍了虚拟仪器技术及其软件、硬件特点,利用图形化虚拟仪器编程软件LabVIEW完成了车辆平顺性测试应用程序的设计,以某车辆为研究对象进行了道路行驶测量试验,实验结果表明,测量系统可较好的完成车辆振动测量、分析.     

不同轨道结构形式下地铁车辆部件振动及应力分析

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状态及特性进行调查。通过对比测试数据发现,在该线路普通短轨枕整体道床上运行时,车辆部件振动加速度RMS值、一系钢弹簧应力RMS值均超过其他两种轨道结构形式上测试结果的两倍,在不同轨道结构形式下,车辆部件振动加速度、一系钢弹簧应力测试数据的特征峰值频率均与对应区段轨道表面不平顺通过频率吻合。基于线性累计损伤理论,结合一系钢弹簧应力测试结果计算弹簧疲劳寿命发现,在12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床线路运行时,弹簧的疲劳寿命达到设计要求;在该线路普通弹性短轨枕整体道床线路运行时的弹簧疲劳寿命远小于其他两种轨道结构形式下的计算结果,仅9.77万公里。     

基于约束刚柔耦合系统的叉车振动研究

针对某型叉车行驶时座椅处振动强烈的性能缺陷开展研究,结合多体动力学方法,充分考虑叉车车架为空间柔性体以及路面对叉车动态性能的影响,建立基于约束刚柔耦合的叉车动力学模型,进行叉车行驶时动态特性仿真与评价.根据相关试验结果验证理论模型与仿真模型的正确性.在此基础上,针对座椅垂直振动对叉车的整车系统提出改进设计的措施:转向桥...     

基于刚柔混合模型的动力传动系振动特性分析

针对某前置后驱微型车存在的急加速工况下振动噪声问题,建立了该车型动力传动系ADAMS多体动力学模型,详细介绍了基于ABAQUS有限元软件建立柔性体中性文件的过程,对动力传动系进行了无阻尼自由振动模态分析;基于建立的急加速工况下的发动机激励模型,对动力传动系进行了强迫振动仿真,分析了部分参数变化对振动的影响,为动力传动系统振动的进一步研究奠定了基础。     

基于弹性车体的地铁车辆动力学特性研究

基于刚柔耦合动力学理论并采用UM与HYPERMESH、ANSYS建立基于弹性车体的地铁头车刚柔耦合模型,研究将车体考虑成弹性时地铁车辆动力学特性。结果表明:随着速度的提高,平稳性指标和舒适性指标都增大,脱轨系数最大值先减小后增大,轮轨横向力最大值先减小后增大,轮轨垂向力最大值逐渐增大,车轮磨耗功最大值逐渐减小,在速度低于100 km/h时,轮重减载率最大值先增大后减小,之后逐渐增大,各项动力学指标均满足国家相关标准;与刚体动力学模型计算相比,采用刚柔耦合模型计算时考虑了车体的弹性变形,且两者计算结果个别差异较大,建议在计算地铁车辆动力学性能时将车体进行弹性化处理。     

检测铁道车辆车轮轨道接触面的试验研究

介绍了应用CCD摄像机检测铁道车辆车轮轨道接触面的研究试验系统。介绍了系统的构成、测量原理和定标方法;给出了CCD摄像机视频信号的数据采莱和处理电路;分析了对车轮模型测量的结杲,给出了试验研究的结论。     

履带车辆变速箱动力学建模及耦合特性分析

变速箱是履带车辆核心部件之一,为了能够准确描述变速箱运行过程中内部的耦合特性,在建立变速箱多刚体模型的基础上,将其中箱体、传动轴及轴承柔性化,建立了变速箱刚柔耦合动力学仿真模型。以某实际工况为例,对比分析了刚性模式和刚柔耦合模式下齿轮副动态啮合力的变化规律,得到了各传动轴的载荷特性及箱体表面加速度的时频域曲线,并利用台架实验对变速箱刚柔耦合模型的准确性进行了验证。仿真过程及结果为后续履带车辆变速箱状态监测与故障诊断的研究提供了模型和理论依据。     

柔性车辆振动和运行平稳性控制研究

通过对铁道车辆柔刚体系统进行动力学分析，应用独立模态空间控制理论，提出了通过控制车体的一阶垂直弯曲模态和车体浮沉、点头刚体振动模态，改善车辆运行平稳性的混合控制策略。在最优控制基础上，采用磁流变阻尼器作为作动器的半主动控制策略，实现能量消耗和控制效果的协调。机械系统和控制系统的联合仿真结果显示：半主动控制策略较好地抑制了车体低阶弹性弯曲振动和车体浮沉刚体振动；车辆运行平稳性性能的改善接近最优控制策略；对车辆系统而言，半主动磁流变阻尼器的实现是可行的。     

变轨距高速列车的动力学

高速列车通过改变轮对的内侧距实现在不同轨距线路上联运,而轮轴装配间隙及轨距、轨底坡、钢轨廓形等参数变化将引起轮轨接触关系改变,进而引起车辆动力学性能变化。分析我国两种高速踏面在准轨和宽轨线路上的轮轨接触关系发现,轨底坡由1/40变为1/20时,LMA踏面等效锥度降低约30%,LMB10踏面可兼容两种轨底坡,磨耗后的踏面对轨底坡变化更敏感。理论公式推导表明准轨和宽轨线路上自由轮对、刚性和柔性定位转向架的蛇行频率相同,但含轮轴间隙的变轨距高速列车动力学模型仿真表明,间隙导致宽轨线路上的车辆稳定性略差,间隙达到0.6mm时发生低速小幅蛇行;间隙对车辆运行安全性和平稳性影响仅9%。因宽轨线路的欠超高量大和车辆稳定性差,其运行安全性和横向平稳性比准轨差15%和38%。间隙横向力与轮轨横向力幅值相同但反向,造成轮对内侧距动态变化;左右侧旋转间隙扭矩的幅值相同但反向,在纵向蠕滑力作用下间隙压死-分离状态反复。研究成果有助于掌握变轨距转向架的轮对内侧距动态变化、间隙载荷和车辆动力学性能。     

齿轮结构三维弹性动力分析与有限元模拟

建立了齿轮结构的三维弹性体动力学模型 ,按照厚壁板理论推导了弹性体动力学微分方程 ,分析了齿轮弹性体的动力响应和振动固有特性 ,运用有限元数值模拟分析方法进行了对比分析与验证 ,最终给出了三维振型图和三维应力分布图 ,并对齿轮有关参数对动力特性的影响进行了讨论。这给齿轮本体的结构振动分析提供了一种研究方法 ,为齿轮声辐射特性研究以及降噪设计奠定了理论基础。     

燃料电池车氢气辅助系统结构动态特性分析

通过对燃料电池车氢辅系统独立运行工况下的声振测试及结果分析,初步确定氢泵工作时由于氢气辅助系统箱体结构不合理而导致车内、外振动噪声较大。对箱体结构进行了试验和有限元模态分析。结果表明,箱体存在与振源基频成倍数的模态,氢泵工作时引起板件共振。对箱体结构进行了拓扑优化,在箱体布置了加强筋,箱体的模态频率明显上升且中低频段模态明显减少,避免了氢泵工作时的共振。     

腿轮式溜冰车的动力学分析

利用溜冰原理,设计了腿轮混合结构的溜冰车(ISV)。在简要介绍其滑行原理的同时,建立了其转弯滑行时的运动坐标系和运动约束方程,在非完整动力学系统分析的基础上,提出一种简化的Routh方程,并利用简化的Routh方程具体分析了其转弯滑行时的动力学性能,给出实际算例并进行了计算机仿真。最后,得出了相关结论。     

区间参数平面弹性连杆的动力特性分析

应用区间因子法分析了具有区间参数的弹性连杆机构的固有频率,将系统的刚度矩阵和质量矩阵分解为具有相同区间因子的矩阵之和的形式,利用区间因子法将区间变量表示为其区间因子和确定性量的乘积,再从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,应用区间算法,推导出了系统固有频率上下限与均值的计算表达式。通过算例,分析了机构物理参数和几何尺寸的不确定性对机构固有频率的影响。     

高速车轮椭圆化对车辆系统行为的影响

建立考虑车轮椭圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型,基于此模型,发展相应的数值方法,分析计算高速运行状态下车轮椭圆化程度对车辆系统动态行为的影响,给出车速200～350 km/h时车体横移、轮对横移、轮轨垂向力和轮重减载率等关键指标,确定高速行车条件下车轮圆度的临界范围.数值结果分析表明,在车轮椭圆化的情况下,车辆系统动力学响应关键指标与行车速度、车轮的圆度以及轮对左右车轮椭圆形状的相位有密切联系.高速车轮椭圆化将导致车辆系统动力学性能的显著变化,随着车轮圆度的增大,车辆系统运行品质严重恶化,其横向稳定性和轮重减载率大大降低,从而减小车辆/轨道系统各部件使用寿命、增大脱轨风险.     

专用铁路桥梁服役性能及汽车撞击动力响应

以某厂矿专用铁路线桥梁为研究背景,基于静载试验考核桥梁结构的强度和刚度,评定其在设计活载作用下的承载能力;基于动载试验测试了桥梁结构的动力特性参数,评定其服役性能是否符合安全运营性要求;对废渣罐车扩容增重后桥跨主梁在主力、主力+附加力组合作用下,破坏阶段构件承载力安全系数和结构抗裂性进行详细检算;考虑车辆撞击对桥梁的危害,通过有限元分析软件MIDAS-Civil建模计算,分析了不同碰撞力持时作用下主梁跨中位置的动力响应.研究结果表明:桥梁承载能力满足设计荷载的使用要求,动力性能较好,运营性能满足现行规范要求,轴重增加后结构强度和抗裂性不满足要求,汽车撞击对桥梁动力响应有一定影响.     

汽车动力学参数的相对灵敏度分析

基于灵敏度的函数求导思想,变换出单因素扰动法。用该方法首次对基于卡尔曼滤波理论进行状态估计后的汽车状态参数的相对敏感度进行分析。在线性二自由度汽车模型和卡尔曼滤波理论基础上,分析估计所得的状态量(横摆角速度、质心侧偏角)对动力学模型中的汽车的质量、转动惯量以及质心到前轴距离的灵敏度。研究汽车状态参数对汽车结构参数的相对灵敏度,通过仿真试验和实车试验数据对相对灵敏度进行分析,最终的结论将对汽车状态估计算法的研究具有指导意义。     

轨道车辆牵引拉杆有限元分析

牵引拉杆是轨道车辆中的一个重要承载部件,为确保该结构使用的安全可靠性,利用HyperMesh和ANSYS软件建立了牵引拉杆有限元模型,对其刚度和强度进行了分析,在分析中考虑了结构的材料非线性和接触状态非线性。实验测试结果充分验证了有限元分析的准确性。     

水下机器人-机械手系统的动力学分析

随着我国海洋开发事业的发展,水下机器人操作手在水下勘探、水下采矿、海洋石油工程等领域发挥着越来越重要的作用。本文提出了一种运用指数积公式和凯恩方程对水下机器人机械手系统进行了动力学建模的新方法。采用该方法可以在同一个坐标体系中描叙系统的运动学,而且在建立动力学模型中可以避免大量的求导运算,并可以得到最少数目的微分方程。模型中考虑了海水的拖曳阻力、机器人与机械手之间的相互作用、推进器推力等因素。研究表明指数积-凯恩方法是一种建立水下机器人-机械手的一种有效方法。