高速动车组空气弹簧垂向动态特性研究

建立空气弹簧的气动流体力学模型,并推导空气弹簧垂向特性与其回滞曲线几何特征的关系式。基于该气动模型,通过静态及动态仿真试验,着重研究橡胶气囊体积、附加空气室体积及节流孔直径三个结构参数与空气弹簧垂向静态刚度、动态刚度及阻尼特性的关系。在此基础上,使用包含该空气弹簧气动模型的高速动车组整车动力学模型,进一步研究空气弹簧结构参数对车辆垂向平稳性的影响规律。计算结果表明,增大橡胶气囊体积可有效改善车辆垂向平稳性;附加空气室体积达到一定值时,进一步增大对提高车辆垂向平稳性作用不大,应保证附加空气室容积至少为35 L;随着节流孔直径的增大,车辆垂向平稳性指标首先快速减小然后缓慢增大,说明节流孔直径存在一较优取值范围,约为15~25 mm,使车辆垂向平稳性达到最佳。     

车轮多边形对高速动车组动力学性能影响

随着动车组运行速度的不断提高,车轮在运行过程中的磨耗加剧,在增加维修成本的同时,恶化了列车的服役环境,严重时将会威胁行车安全。针对车轮运行磨耗引起的多边形问题,以某型线上服役高速动车组为研究对象,采用Simpack建立其动力学模型,分析车轮多边形(阶数为1～11,波深为0.1 mm～0.5 mm)对高速轮轨系统垂向振动响应的影响。为了直观观察相关变化规律,引入决定系数,对其变化规律进行曲线拟合。结果表明,车轮多边形波深的取值大小对垂向振动响应的影响更为显著,所得拟合曲线的变化规律为高速动车组的检测维修以及安全评估提供参考。     

高速动车组车内异常振动噪声特性与车轮非圆化关系研究

基于两种不同内装结构高速车厢(X车和Y车)的大量现场对比试验,对现役国产高速动车组表现出的X车内异常振 动、噪声问题进行详细调查研究。试验中考虑两种车厢同样的运营速度、相近外部气动激扰和相近的轨道激扰条件,同时两种被试验车辆在同列车中相邻编组,同为动车。对该型号多列动车组的两种车厢振动、噪声特性及磨耗轮进行长期跟踪测试,重点关注车内异响特性及车轮非圆化对其的影响,同时得到不同运行里程下车轮非圆化及车内噪声水平发展规律。试验研究表明,高速动车组的X车相比于Y车,存在异常振动及噪声现象,这种异常振动和噪声对高阶车轮非圆化敏感,同时X车异常振动、噪声还与其特殊车内结构布置有关。     

盘形滚刀垂向-轴向动力学模型及振动特性分析

为研究滚刀振动特性,建立了滚刀垂向和轴向振动模型,求出了滚刀上三个节点在垂直和轴向的动力学参数值,得到了滚刀各节点振动的位移~时间曲线。研究发现,节点2即轴承的连接等效刚度增大一倍,各节点振动幅值降低约25%;当节点1即刀圈的等效质量与外载荷分别增大一倍,各节点振动幅值均增大一倍,因此要降低滚刀振幅需要增大圆锥滚子轴承刚度、减小刀圈质量(保证刀圈强度)、降低外载荷。     

高速列车弹性车体垂向振动与悬挂参数设计

高速铁道客车车体受轨道激扰力的作用产生弹性振动,影响客车运行平稳性。为了分析车体弹性振动与车体悬挂参数关系,基于刚柔耦合动力学原理,建立了客车垂向动力学模型,根据共振理论及模态叠加原理计算了系统固有频率和响应功率谱,分析了车辆系统悬挂参数和运行参数对振动的影响。仿真发现弹性车体振动响应大于刚性车体,车体一阶垂弯振动对弹性振动的贡献最大。在满足结构条件下,适当降低一、二系悬挂垂向阻尼、一系悬挂垂向刚度可减小车体弹性共振,系统各个部件自振频率控制、车体垂向悬挂阻尼控制可实现整车模态及局部有害模态控制。     

μ综合方法在高速列车垂向振动控制中的应用

针对高速轨道车辆簧上质量、弹簧刚度的摄动问题,利用线性分式变换LFT对车辆垂向振动模型进行不确定分析,将模型中摄动参数隔离出来,并根据性能要求选择权函数设计鲁棒μ控制器。以轨道高低不平顺作为外部激励进行仿真,其控制效果与基于名义模型设计的鲁棒H∞控制器进行对比。仿真结果表明:仅存在外部扰动时,鲁棒H∞控制器表现出更优的控制效果;外部扰动和内部参数摄动同时存在时,鲁棒H∞控制器控制效果明显恶化,鲁棒μ控制器表现相对稳定。鲁棒μ控制器在高速轨道车辆垂向振动抑制方面具有较优的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析

有轨电车在运营过程中出现车体垂向异常振动现象,严重影响旅客乘坐舒适性,针对该问题通过线路测试、理论分析和仿真再现等途径,研究有轨电车车体垂向振动特性,并阐明异常振动的形成原因。研究结果表明,车体垂向振动主频7.5 Hz是造成有轨电车平稳性指标恶化的主要原因,列车呈现为中间拖车上下浮沉运动、相邻车反向点头的模态振型;弹性铰纵向刚度对车体点头频率影响明显,转向架二系垂向刚度和车体重心纵向偏移的影响较小,初步成因判断是车铰刚度实际刚度过小;实测的弹性铰纵向刚度为11.87 MN/m,远小于设计值,基于实测数据的仿真模型再现了车体垂向异常振动现象,验证了弹性铰纵向刚度过小是导致有轨电车异常振动的根本原因。相关研究为有轨电车异常振动问题的解决和性能提升提供技术支撑。     

机车异常振动原因分析和控制措施研究

针对某和谐型电力机车在运营过程中存在振动过大等问题,对该型机车车轮不圆度和线路振动进行了测试。基于SIMPACK软件建立了考虑钢轨、轮对和构架弹性变形的机车-轨道刚柔耦合动力学模型,通过试验结果对模型进行了验证。利用建立的仿真模型分析了车轮多边形对机车振动和轮轨相互作用的影响,据此提出了机车车轮多边形镟修限值。试验测试发现该型机车车轮存在显著的16～19阶和24阶多边形磨耗,且车轮多边形磨耗是引起机车异常振动的根本原因。通过车轮镟修可以显著降低机车振动水平。机车关键部件的柔性对振动影响较大,在仿真计算时需予以考虑。基于轮轨垂向力限值,建议对于高阶多边形车轮,当径跳超过0.25 mm及时进行镟修。     

径向转向架机车垂向振动问题分析

某C0-C0轴式机车的线路试验表明,一台新研制的机车遇到新的动力学问题--机车虽然具有很好的横向性能与曲线通过性能,但垂向振动加速度很大.针对这一特殊情况,通过频率分析法确定产生这一问题的原因,认为实测中出现的垂向振动加速度大的现象是一种长期以来铁路机车车辆可能都忽略的新的动力学现象--轮对纵向动力学,同时指出这也是导致机车非正常磨耗即踏面剥离的原因之一.     

高速列车垂向振动的模拟器再现方法研究

针对目前高速列车驾驶模拟器经典洗出算法模拟垂向振动的不足,提出了一种模糊自整定洗出算法.根据驾驶员在真实列车和列车模拟器中的垂向振动感觉误差及实际列车垂向振动参数与模拟器垂向通道滤波器参数之间的关系进行模糊推理,实现滤波器参数的实时调节.数值计算表明,利用模糊自整定洗出算法得到的感觉误差指数较经典洗出算法降低了14.21%,有效地提高了模拟器的逼真度.     

热连轧机横向-垂向耦合振动研究

为了研究某热连轧机组的振动特性,根据轧制界面粘滑摩擦特性和轧辊轴承座-牌坊接触非线性,建立轧辊-轴承座有无间隙时的轧辊横-垂向模态耦合振动模型.分析表明,当系统刚度和外激励频率处于某区段时轧辊横向和垂向振动幅值均出现大幅波动的现象,轧制生产中应避开此范围;机座有间隙时,轧辊出现跳振,轧辊横向响应曲线有明显的削顶现象,辊系动力学性能变差.     

高速动车组地板局部振动控制研究

高速动车组地板局部共振现象时有发生,对车辆运行舒适性造成极大的负面影响.以某型高速动车组车辆为研究对象,结合地板振动测试与仿真分析,探究地板局部共振的成因机理和控制措施.建立包含铝蜂窝地板及地板弹性支撑的精细化动车组车体有限元模型,并基于车体模态参数及地板振动响应测试结果对模型进行校验.基于该模型,通过仿真分析发现:由...     

多自由度人体垂向振动模型建立与研究

为准确模拟高速列车运行过程中人体振动情况,针对既有研究对人体各部位进行单独分析时自由度较少的限制,提出了人体坐姿九自由度垂向振动动力学模型,利用样条插值对实验值数据进行扩充并依据最小二乘原理对模型参数进行辨识,同时对模型进行振动响应分析。结果表明:考虑上下肢振动的九自由度人体垂向振动模型具有较高的准确度;人体振动情况与车体有较大差异;在相同的激励作用下,人体不同部位振动响应差异也较大,为高速列车乘坐舒适性的提高提供了相关理论参考。     

动车组车体异常振动问题分析及治理研究

对某型高速动车组车辆进行长期跟踪测试,发现当车轮镟修后车辆运行18万km以上时,车体异常抖振现象时有发生,且抖振时,车体横向及垂向振动在10 Hz频率附近均出现异常放大现象.结合车轮踏面测试分析、车体和构架振动测试分析以及车体试验模态分析,对车体异常抖振机理进行研究.结果表明,当车轮镟修后车辆运行18万km以上时,车轮...     

盾构实验台盘形滚刀垂向振动间接测试研究

为解决盘形滚刀垂向振动测试难的问题,笔者设计了滚刀回转切削振动测试系统,提出一种盾构实验台间接测试盘形滚刀垂向振动位移的方法,即用ZA-21电涡流位移传感器来测量滚刀顶部振动量的方法以间接测定滚刀破岩面的振动量。然后在机械振动综合实验平台上用加速度传感器进行实测,采用Matlab中的cor-rcoef函数对采集的时域信号计算相关性,计算结果与实测曲线表明,测量滚刀顶部振动量与直接测量滚刀破岩面振动量有很高的相关性,由此证明测试方案的可行性。     

不同工况下动车组齿轮箱振动特性试验研究

为了研究不同工况下动车组齿轮箱振动特性,以某型动车组齿轮箱为例,通过模态试验和台架试验相结合的方法分析了影响振动的主要因素。研究表明,动车组齿轮箱的振动在变工况的条件下受转速影响较大,齿轮箱在特定转速下其特征频率会与箱体的模态频率重合引起共振,受其振形影响,轴向振动大于其它方向振动。通过试验分析了解了该型号齿轮箱的振动特性,为齿轮箱的分析与结构优化奠定了基础。     

高速列车二系垂向悬挂系统设计解析表达式*

根据1/4车体4自由度垂向振动模型,利用随机振动理论及留数定理,建立轨道高低不平顺激励下的车辆垂向振动响应均方根值解析表达式;通过数值计算对解析表达式的正确性进行了验证,结果表明在一定有效数字范围内解析计算值与数值计算值完全吻合,表明所建立的解析表达式是正确的;通过整车仿真对比对解析计算方法的可靠性进行了验证,可知车体垂向振动加速度均方根值和二系悬挂垂向行程均方根值的解析计算值与整车仿真验证值的最大相对偏差分别仅为12.50%和15.47%,表明所建立的解析计算方法是可靠的。在此基础上,利用黄金分割原理,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法,并通过实例对其可行性进行了分析,为高速列车二系垂向悬挂系统参数的初始设计提供了参考。     

线路参数对列车垂向振动特征影响的仿真分析

针对线路曲线过渡段与变坡点的距离、垂向轨道不平顺等参数对列车垂向振动的影响规律进行了研究.分析了线路过渡段和变坡点的距离对车辆垂向振动加速度的影响,以及左、右轨道短波不平顺存在差异等因素对车体垂向振动加速度的影响.提出了在线路设计中应合理考虑线路曲线过渡段与变坡点之间的距离,避免二者过于接近;控制轨道短波不平顺,有益于降低车体垂向加速度高频峰值.     

某汽车起重机的行驶垂向共振原因分析及验证

针对某汽车起重机行驶中出现的共振,运用LMS振动测试系统测试了该车匀速行驶时的加速度信号。结合车轮激励的理论,进行了传递路径分析,发现整车共振频率与车轮的激励频率相一致,车桥振动幅值与车轮不均匀量成正比。从而推断该共振是由车轮失圆的激励引起的,提出改进方案后,对该方案行了验证试验,结果表明：加速度响应的均方根值较原方案的相应值下降了35%,共振现象消失。     

高速动车组牵引拉杆载荷特性研究

采用准静态载荷标定的方式制作牵引拉杆载荷传感器,将其安装于某型高速动车组进行线路载荷测试,得到列车启动牵引、高低速直线运行、通过坡道及制动停车等典型工况下的载荷时间历程及载荷变化特点。在此基础上,编制不同速度等级下的牵引拉杆载荷谱,并依据线性累积损伤准则分析结构疲劳损伤分布及运行速度对疲劳损伤的影响规律。研究结果表明,与拖车牵引拉杆载荷相比,动车牵引拉杆载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大,尤其在列车启动、制动阶段,其趋势载荷变化明显;随着列车运行速度的增加,牵引拉杆载荷幅值不断增大,得到动车牵引拉杆载荷的振动主频与列车运行速度呈正比。定义相对疲劳损伤来表征每级载荷的疲劳损伤贡献程度,得到结构疲劳损伤与牵引拉杆载荷幅值的对应关系,获取列车运行速度对结构疲劳累积损伤的影响规律。动车牵引拉杆载荷在列车时速280 km/h时产生的结构疲劳累积损伤最小,而拖车牵引拉杆的疲劳累积损伤值随着运行速度的增大呈现增大的趋势。该研究结果对高速列车转向架结构的优化设计及相关理论研究具有一定的参考价值。