车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响研究

针对国内某地铁线路车辆在运行中出现一系钢弹簧疲劳断裂的现象,对车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响进行了研究。通过对发生断簧位置的车轮表面状态进行测试,发现车轮存在明显的六阶车轮多边形磨耗。通过一系钢弹簧动应力测试,发现了车轮多边形激励导致弹簧共振可能是一系钢弹簧断裂的原因。基于SIMPACK和ANSYS相结合建立了考虑一系钢弹簧柔性的刚柔耦合动力学模型,计算了不同多边形状态下一系钢弹簧的应力载荷谱,采用Miner线性累积损伤理论对弹簧疲劳寿命进行了计算和对比分析。研究结果表明:地铁车辆车轮多边形的阶次、波深以及列车的运行速度对一系钢弹簧的疲劳寿命都有很大的影响,且当车轮多边形通过频率与一系钢弹簧固有频率接近时,其寿命显著降低。降低弹簧座橡胶垫刚度可以提高隔振能力,增加弹簧使用寿命。     

铁路机车串联U型橡胶垫的高圆簧水平向动刚度计算

以一种适配于铁路机车二系高圆弹簧的U型橡胶垫为研究对象,对其作用于弹簧的动静态刚度影响进行数值模拟分析。利用ANSYS参数化编程与命令流对弹簧模型和串联模型进行模拟仿真,同时比较两者模型的水平动静刚度。结果表明：静态下的U型橡胶垫能有效降低弹簧纵向刚度,对其他向刚度基本没有影响;动态下应对于不同频率激励,U型橡胶垫都可显著降低弹簧水平刚度。     

基于试验台的转向架二系悬挂刚度测定试验

为实现转向架二系悬挂静动刚度的测试,提出针对整备状态转向架二系悬挂三向动、静态刚度进行单独测定试验方法,建立二系空簧动、静刚度测试模型,根据模型分析二系空簧动、静刚度与所受载荷和形变的关系。利用转向架参数试验台对某型号地铁拖车转向架二系悬挂的动、静刚度进行测定试验,计算出系统的测试重复性误差为0.58%,测试重复性较好。根据试验数据得到横向止挡特性曲线与橡胶材料特性相符合,1#二系空簧纵向静态刚度试验值与设计值误差达到18.1%,并且1#二系空簧纵向动态刚度在5 Hz左右有一个快速增加的波峰。基于试验结果,推测是由于1#空簧质量或者装配尺寸不符合要求造成了1#二系空簧纵向刚度的异常变化,应对1#二系空簧的装配关系进行调校,可根据测试结果对转向架二系悬挂参数及装配关系进行优化。     

基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的接触仿真研究

在某城市地铁运营中存在车辆转向架一系圆柱螺旋弹簧非正常断裂的情况,结合现场测试数据,利用ANSYS建立了弹簧的几何模型,对弹簧的刚度(垂直刚度、横向刚度)进行有限元分析计算,并与理论分析计算结果进行对比。同时,重点仿真分析了在车辆运行过程中可能存在的弹簧簧丝间的接触问题。     

非线性弹簧汽车悬架动态特性研究

详细研究了非线性弹簧汽车悬架系统的动态特性,用变刚度弹簧代替定常刚度弹簧可明显改善车辆的乘坐舒适性,提高悬架系统的性能价格比,为反映实车工况,着重讨论了在随机路面激励下变刚度弹簧悬架簧载质量的动态响应特性。数值仿真研究结构表明,在悬架系统中选用合适的变刚度弹簧能有效改善乘坐舒适性,由于非线性弹簧悬架没有固有频率,因此避免了在外界激励下发生共振的危险,同时由于在较大变形下悬架“变硬”,可以在一定程度上改善操纵稳定性。     

随机激励下电动汽车轮毂电机耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车受电磁力与路面随机激励双重作用,其振动具有耦合特性。文中将含有径向电磁力的轮毂电机作为自振系统考虑,建立电动汽车的1/4振动模型。结合电机工作特性并考虑随机路面激励,采用PSD分析方法对不同运行工况下悬架弹簧动挠度、簧载质量加速度等动态响应进行理论分析和仿真计算。结果表明：在内外激励叠加作用下所产生的动态响应也将成倍增加,且在1和8 Hz附近最容易出现共振现象。     

橡胶垫参数及结构形式对高圆簧加橡胶垫的横向刚度的影响

高圆簧加橡胶垫这一结构具有较小的横向刚度,能显著改善机车车辆的动力学性能,并且能有效减小高圆簧所受的应力。但是高圆簧加橡胶垫这一结构的参数,会对其横向刚度值以及机车车辆的动力学性能产生很大的影响。通过将理论分析与具体的算例相结合分析了橡胶垫结构参数如橡胶垫硬度、橡胶垫的厚度、橡胶垫内径的大小对高圆簧加橡胶垫这一复合结构横向刚度的影响,在此基础上,还对橡胶垫以不同结构形式与高圆簧配合时高圆簧加橡胶垫的横向刚度进行了分析和对比,从而对高圆簧加橡胶垫这一结构的横向刚度特性进行了系统分析,为理论分析计算以及实际设计和选择应用高圆簧加橡胶垫这一结构提供了参考依据。     

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。     

地铁钢轨波磨演化过程中的特性分析

调查分析了广州某条地铁线路轨道短波长钢轨波磨现象形成原因。首先,现场测试了线路钢轨波磨状态,对比分析了采用相同车辆结构和运营条件的另一条地铁线路钢轨波磨特征的差异。然后,基于地铁轮对-轨道高频相互作用线性理论和钢轨磨损理论,建立了钢轨波磨频域分析模型。最后,基于力锤敲击测试方法获得了轨道结构动态特性,利用钢轨波磨频域模型计算分析了地铁车辆通过半径800 m曲线时的钢轨磨损率特征。结果表明:(1)地铁线路采用的GJ-III型减振扣件和DTVI型普通扣件长轨枕轨道在大半径(大于等于800 m)曲线均出现了30~40 mm波长钢轨波磨现象,其产生不是由轮对固有模态特性所致。(2)当车辆以90 km/h速度运行时,仿真获得的轨道钢轨磨损率在1030~1130 Hz和620~840 Hz范围表现最大,易萌生22~24 mm和28~40 mm波长波磨;仿真结果与现场测量的钢轨波磨特征吻合。(3)轨道垂向位移导纳值在620~840Hz高频段表现低是导致该地铁线路出现30~40 mm短波长波磨的主要原因。     

一种带空气悬架的剪式驾驶员座椅振动特性仿真研究

提出了一种将空气弹簧作为弹性元件的剪式驾驶员座椅系统方案,采用动力学仿真软件ADAMS建立了该系统的多体动力学仿真模型,模型中的空气弹簧用实际空气弹簧非线性刚度曲线转化的一元力描述。基于此模型,仿真研究了座椅悬架系统动态特性随激励频率和等效簧载质量变化的规律。研究结果表明,位移传递率η在隔振区则随m的增大而减小;当激励频率较低时,等效簧载质量m对加速度均方根值几乎没有影响;当激励频率增大到一定值后,随着等效簧载质量m的减小,响应加速度均方根值增大;响应的位移和加速度与激励相比较,响应均滞后激励约1/8个周期。     

一种多层弹性部件轨道系统的动态特性试验研究

为研究多层弹性部件轨道系统的动态特性,提出一种实验室测试方案:首先以锤击法和模态分析为基础,按照实际轨道结构搭建一段25 m长的测试平台,进而在预荷载作用下测试并计算得到轨道系统的固有频率、阻尼比和振动传递率等,最后对比分析道床隔振垫、扣件刚度和预载荷对轨道动态特性影响。结果显示:采用隔振垫能使大于40 Hz的频段具有较好的减振隔振效果,但在小于40 Hz频段会出现较大的振动峰值;随着预载荷增加,20~100 Hz频段的振动传递率急剧增大,并在30 Hz附近形成明显的共振峰值;扣件刚度减小能降低28~100 Hz频段的振动传递率和振动峰值,但同时会增加28 Hz以下频段振动传递率。试验方案和结论为研究减振产品的动态特性和减振效果提供了可靠的试验数据支撑。     

无磨耗式一系复合弹簧研究

针对地铁车辆转向架用锥形金属橡胶弹簧在应用中出现橡胶老化、蠕变等引起的性能不稳定问题,提出了一种可降低橡胶蠕变的无磨耗式一系复合弹簧创新结构。此结构采用钢弹簧与橡胶弹簧共同承载的方式,降低橡胶弹簧受载时的垂向载荷,有利于橡胶弹簧提供稳定的横向、纵向定位刚度。此设计在不改变转向架其他结构的前提下可实现对现有时速80km/h地铁车辆锥形金属橡胶弹簧的替代。同时本设计既可以应用于既有地铁车辆转向架一系悬挂,又可以给新研发转向架一系悬挂提供参考。     

地铁车辆轮对安全吊的振动疲劳特性研究

为分析某地铁车辆上轮对安全吊开裂原因,对安全吊分别进行了模态分析和模态试验,最终确定了存在340Hz和990 Hz附近的固有频率。同时为了获得运营过程中安全吊的加速度和动应力水平,对该车辆进行了线路跟踪试验。根据试验数据发现,由于轨道波磨激励的存在导致安全吊的加速度和动应力在340 Hz左右的能量明显,说明一阶模态被激发产生了共振。对比轨道打磨前后的动应力数据对安全吊的疲劳寿命进行评估发现,轨道波磨产生的疲劳损伤极大的缩短了安全吊的使用寿命。     

空气弹簧液压悬置动特性及隔振特性研究

研究了具有可变刚度阻尼的发动机空气弹簧液压悬置的动特性和隔振特性。针对影响发动机空气弹簧液压悬置动特性的关键参数上液室等效体积刚度,采用理论和试验方法研究了上液室等效体积刚度的等效值,基于该等效值建立了空气弹簧液压悬置的理论模型,对空气腔开闭两种工况进行了空气弹簧液压悬置动特性的仿真和试验研究。搭建了发动机空气弹簧液压悬置系统试验台架,研究了台架各种激励频率下的空气弹簧液压悬置的隔振特性。结果表明:本研究采用的上液室等效体积刚度进行空气弹簧进行建模是正确、可行的,提高了空气弹簧建模效率和准确性;空气弹簧液压悬置在空气腔开启和关闭两种状态下,峰值动刚度增大幅值达78.5%,峰值阻尼角增大幅值达250%。台架试验表明:当台架激励频率小于25Hz时,悬置采用大刚度大阻尼;当台架激励频率大于等于25 Hz时,悬置采用小刚度小阻尼;悬置隔振率提升明显,不同频率下提升幅值达10%～67%。     

螺旋弹簧横向静刚度计算及动刚度频变分析

为探究等截面圆柱形螺旋压缩弹簧横向静刚度及动刚度特性,建立弹簧离散模型,进行有限元分析.静载下,修正Krettek刚度公式,使其兼顾弹簧受载端的垂向压缩量和横向位移量等因素对横向静刚度的影响.动载下,进行频变分析,绘制横向动刚度随激励频率变化曲线.结果表明:横向动刚度随激励频率的提高呈波动上升的趋势;可以通过改变横向激励的加载方向、垂向预压缩量和材料阻尼调整动刚度的变化规律.     

某型低地板车辆沙漏簧国产化的研制

沙漏型橡胶弹簧具有刚度小、结构简单、质量轻等优点,常用于城轨低地板车辆二系悬挂系统。介绍一种低地板车辆用沙漏簧国产化研制过程,研究城轨车辆二系悬挂系统的运动机理。通过理论计算和参数选型得到适合该低地板车辆的沙漏簧,构建了沙漏簧的有限元模型,探明了橡胶件有限元建模的规律,并通过试验验证了有限元仿真的准确性。结果表明：该沙漏簧刚度、蠕变及疲劳等性能满足设计需求。     

螺旋弹簧的减重试验设计

首先推导了空心簧丝螺旋弹簧受压时的最大剪应力和刚度。然后,分析了空心簧丝弹簧刚、强度性能与重量等之间的变化关系。结果表明:将实心簧丝弹簧设计成等刚度的空心簧丝弹簧后,减重可达20.34%;将实心簧丝弹簧设计成等强度的空心簧丝弹簧后,减重可达19.24%;而且簧丝的空心结构、簧丝外径的微小增加对弹簧的使用几乎没有影响。最后,通过准静态压缩试验验证了空心与实心簧丝弹簧的等刚度性能。     

轮式装载机前车架的模态分析

为了降低车架在危险工况的变形,提高车架材料的效能和车架的动态刚度,以XG958轮式装载机前车架为研究对象,运用有限元软件ANSYS对前车架进行模态分析。基于有限元和静动态理论,运用ANSYS软件建立前车架有限元模型,并对前车架进行形状结构的改进。改进后前车架第一阶模态频率降低了14.937Hz,最大位移减少0.02mm;第二阶模态频率降低了2.308Hz,最大位移减少了0.222mm;第三阶模态频率降低了30.52Hz,最大位移减少了0.065mm。整体上提高了前车架的动刚度。     

基于SolidWorks的和谐型电力机车二系圆簧仿真分析

广州机务段库内整备检修作业时,多次发现和谐型电力机车二系圆簧断裂故障。本文基于三维建模软件SolidWorks对某和谐型电力机车二系高圆螺旋弹簧建模,利用软件中的simulation工具对模型进行有限元分析。通过分析计算圆簧的静态特性和动态特性得到了二系圆簧动剪应力分布特征。其仿真结果与实际圆簧普遍故障处所吻合度较高,说明了圆簧出现故障的原因,为以后机车二系圆簧的改进提供了参考依据。     

地铁钢轨短波长波磨形成原因分析

国内某地铁线路运营后曲线轨道出现了短波长钢轨波磨现象,通过力锤敲击法对不同扣件轨道动态特性进行了测试。利用ABAQUS建立了轮轨三维实体有限元模型,分析了轮轨耦合模态特性以及白噪声激励时轨道频响特性。结合试验和仿真结果,分析了轮轨结构动态特性与短波长钢轨波磨之间的相关性。研究结果表明：普通扣件和减振扣件轨道钢轨波磨主波长分别为30~63 mm和40~50 mm;白噪声激励下,两种轨道分别在450~920 Hz和570~720 Hz范围内的敏感共振频率与列车通过钢轨波磨频率(454~954 Hz和572~715 Hz)相吻合;线路轨道短波长波磨的产生主要与轨道结构高频固有特性相关,轨道短波长波磨通过频率与轮轨耦合模态频率相近,其模态振型表现为轮对弯曲扭转的同时,伴随钢轨相对轨道板的垂向弯曲振动,轮轨耦合高频模态特征加剧短波长波磨的发展。