车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。     

车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。     

考虑车下设备的城轨车辆弹性车体垂向振动特性研究

以研究城市轨道车辆弹性车体振动特性与车下设备之间的耦合振动关系为目的,利用模态叠加法原理建立了含有车下设备等效欧拉梁车体的刚柔耦合多体动力学模型。在多种不同工况下分析了城市轨道车辆弹性车体中部与转向架上方的振动响应,讨论了车体的一阶弹性模态频率对弹性共振速度的敏感性,从全车长角度分析了车体与车下设备之间的耦合振动关系,并分析了全车振动变化情况,最后对车辆平稳性进行了评价。研究结果表明:车下设备采用弹性悬挂对车体全车振动有很好的抑制作用;从抑制车体全车振动的角度,需要将设备对称安装在车体中部,对不同质量的车下设备采用弹性悬挂要有选择性;车体弹性振动受共振速度影响较大,在非共振速度下运行,能够有效降低全车的弹性共振,提高乘客的乘坐舒适性。论文工作对减少城市轨道车辆的弹性振动提高车辆舒适性和对车下设备的合理布局与悬挂有一定参考价值。     

高速列车车下设备对车体垂向振动影响规律研究

车下设备因其质量较大,对车体的振动模态特性和车辆乘坐舒适性都有着重要影响。建立了9自由度的车体-设备刚柔耦合数学模型,获得了车体中部、构架上方三个参考点的加速度频率响应函数表达式,研究了车下设备对车辆垂向振动的影响规律。考虑了在几何滤波效应、设备的安装方式(刚性、弹性)、运行速度等因素作用下,车体的三个参考点在垂向弯曲频率下的振动加速度响应特性,最后讨论了设备的质量以及吊挂阻尼比对车体振动水平的影响。研究结果表明,设备弹性悬挂能有效降低车体振动水平,在速度低于150 km/h,几何滤波效应对车辆的振动影响较大,在此速度范围内设备悬挂参数设计应该充分考虑几何滤波效应的影响,合理的选择设备质量和阻尼比能有效控制车体的振动。     

车下有源悬吊设备与车体耦合振动研究

通过对我国高速动车组进行线路试验,发现车下有源旋转设备的不平衡质量所引发设备颤振会与车体地板发生耦合振动,影响车辆动力学性能。为研究有源车下设备与车体耦合振动特性,考虑车体的弹性振动,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析有源旋转设备不平衡量对设备和车体振动的影响。结果表明,有源设备在特定频率范围内容易激发车体的低阶模态,随着不平衡量增加,导致车体振动逐渐增大。为减小车下有源设备振动对车辆动力学性能影响,进行有源设备悬挂参数匹配研究,得出最佳悬挂刚度和阻尼;同时提出有源旋转设备的两级隔振方案,研究发现两级隔振方案能够有效降低车体垂向振动,最大可减小约26%。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

基于几何滤波效应的高速列车牵引变压器悬挂参数设计

为了对高速列车牵引变压器悬挂参数进行设计,提出了一种基于几何滤波效应的变压器悬挂参数设计思路。建立车辆-变压器耦合系统模型,推导了车辆振动响应功率谱密度函数,并从轨道不平顺激励函数、车辆设备耦合系统频响函数、车辆系统振动响应谱密度函数的角度出发探讨了滤波效应对车辆系统振动特性的影响,通过将变压器悬挂频率设计为滤波频率来衰减车体的弹性振动。研究结果表明:在低频范围车体极易因为轨道低频激励能量过大引起车体产生强迫振动;两种典型速度下,车体的低阶垂弯模态与轮轨激励共同作用导致车体产生较大振动幅值;车体的高阶垂弯模态因为滤波效应或者激励能量过低导致车体在高阶垂弯模态频率处振幅较小;对于设计时速250 km/h的高速列车,其变压器悬挂频率设计为9.8 Hz能显著衰减车体的弹性振动。研究结果可以为高速列车车下设备悬挂参数设计提供指导意义。     

车下悬吊系统长期服役振动特性及减振研究

为研究车下悬吊系统长期服役振动特性,分析一个镟轮周期内车体和设备的振动特性,试验结果表明车体和设备的横向振动变化明显。建立考虑车体弹性的刚柔耦合动力学模型,研究分析悬吊参数对车体减振的影响。仿真结果表明车体横向振动在5万到10万公里内变化显著;车下设备横向悬挂频率与车体1阶横弯振动频率接近时,车体的减振效果最明显;阻尼比只在悬挂频率处于低频区域时才起到较大的作用;设备质量对车体振动的影响主要体现在镟轮周期的后期;合理选取悬挂参数可以有效降低长期服役过程中的车体横向振动。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究EI北大核心CSCD

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

弹性车体垂向运行平稳性一系最优控制研究

采用基于轨道谱及包括轮轴间时延预瞄的最优控制算法,在一系悬挂中加入主动控制,设计其主动控制规律,从降低轨道至车体振动的传递入手,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析。结果表明,该最优控制算法对车辆系统的振动有较好的抑制作用;可以改善轨道至弹性车体中部的振动加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制整车的弹性振动;最优控制算法对车辆系统的1Hz左右的低频振动、以及包含人体垂向振动敏感频域(4Hz-8Hz)的4Hz~10Hz频率内的振动衰减明显,但对车体高频振动作用不大。并与二系主动悬挂系统比较,发现一系主动悬挂能更有效的控制车体的弹性振动,且抑制的频率范围较宽,车辆运行平稳性更佳,为今后弹性车体减振措施选择提供依据。     

基于傅里叶幅值检验扩展法的轨道车辆垂向模型全局灵敏度分析

为筛选明显影响轨道车辆垂向振动特性的设计参数,简化车辆模型参数优化设计过程,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法对典型轨道车辆垂向模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明,二系悬挂与一系悬挂阻尼变化对车体沉浮运动影响较一系悬挂刚度大;调整车辆定距也会影响车体点头运动;模型设计参数间存在微弱的交互作用。所用该研究方法及结论对轨道车辆模型的振动特性研究及参数优化设计具有一定参考价值与工程意义。     

悬架中橡胶弹性元件隔振设计方法研究

本文利用考虑橡胶弹性元件的 1/ 4悬架单自由度模型研究了悬架中橡胶弹性元件的隔振设计方法。文章通过计算机仿真分析 ,深入讨论了橡胶弹性元件对悬架振动特性的影响 ,研究了橡胶弹性元件与悬架等效刚度、和等效阻尼的匹配设计方法。研究结论对于改善悬架系统的隔振特性和悬架橡胶元件的设计有一定的工程指导意义。     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。       

城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真

To reduce vibration of urban rail vehicle body, using modal orthogonality, car body was equivalent to a homogeneous Euler beam with uniform cross-section, the vertical dynamic model of an elastic body-track-composite absorber rigid-flexible coupled system was established, and the design method for composite absorber suitable for this model was proposed.According to operating conditions of urban rail vehicles, the functional relation among stiffness, mass parameters and target frequency of the composite absorber was solved analytically.By going through the mass value of two vibrators of the composite absorber, its matching stiffness parameters were obtained.Using the established evaluation index of the body vibration energy, the vibration reduction performance of the composite absorber designed with different parameters was evaluated to obtain the parametric design of the composite absorber with the minimum body vibration energy.Finally, the vibration reduction effect of the composite absorber was verified by combining with the vehicle stationarity index.The research results showed that there are two natural frequencies of the composite absorber; when designing its parameters, the two natural frequencies should be coordinated with the natural frequency of vehicle body floating and sinking and body first-order elastic frequency; the established body vibration energy evaluation index can be used to comprehensively evaluate vibration reduction performance of absorbers with different designs; the composite absorber installation has a better vibration reduction effect on the vehicle body vibration, and improves the vehicle’s operation quality; the study results provide a reference for the research using composite vibration absorbers to reduce   vehicle vertical vibration.     

基于车身模态和板块贡献分析的阻尼优化降噪方法研究

车身结构上的阻尼材料优化布置对车内振动和噪声控制有重要的意义。以某实车的白车身为研究对象,基于有限元法和边界元法对车内声腔进行声场分析和车身板块进行声学贡献量分析,找出车内场点噪声声压峰值频率及对应的贡献量较大的板块。进而基于白车身模态振型分析,对车身部件上的局部约束阻尼的敷设位置进行优化配置。分析了阻尼优化布置前后分别在悬置、前悬架和后悬架等不同位置处激励下的车内噪声,确认了降噪优化方案的有效性,并在实车上进行了验证。结果表明,对车身相关板块进行局部阻尼处理后,降低车内噪声2 d B(A),证明了该方法的有效性。     

Effects of uncertain suspension parameters on dynamic responses of the railway vehicle system

Due to the manufacture error, design tolerance and time-varying factors, the suspension parameters of railway vehicles are always uncertain. This paper investigates the stochastic vibration of the railway vehicle system with uncertain suspension parameters. The energy method and Hamilton’s principle are adopted to derive the governing equations of the deterministic railway vehicle system, in which the rigid and flexible modes of the railway car body can be considered. Based on the deterministic model, the polynomial chaos expansion (PCE) method is further employed to perform the uncertain analysis of the railway vehicle system. The global sensitivity analysis of the stochastic response of the railway vehicle with uncertain parameters is further carried out based on the PCE method and Sobol indices. The accuracy of the proposed method is validated by comparing the obtained random results with those from the published literature and satisfactory agreements can be observed between them. Furthermore, the effects of uncertain suspension parameters on the stochastic vibration characteristics of the railway vehicle system are discussed, which can be used as the reference for the dynamic design of the railway vehicle system. The numerical results show that the computational efficiency of the PCE method is significantly improved compared with the Monte Carlo method.     

单车过桥下弹性车体共振与消振现象分析

为研究弹性车体振动对车桥系统动力响应影响,将车体视为两端自由的均质等截面欧拉梁、转向架及轮对视为刚体,利用模态叠加法考虑简支梁变形,用轮轨密贴接触假设建立单车通过多跨简支梁的车桥系统动力学方程,并用Newmark-β数值积分法求解系统动力响应。以一系列正弦不平顺为系统激励,研究不平顺激扰下弹性车体共振与消振现象。结果表明,弹性振动主要改变车体的振动量,对桥梁振动反馈作用较小;弹性车体共振被激发时其动力响应被显著放大,共振速度由车辆定距与车体弹性自振频率决定;因存在轴距滤波,当不平顺波长满足弹性车体消振发生条件时车体动力响应被显著抑制。