弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

某型地铁车辆设备吊挂刚度与车体模态匹配研究

对某型地铁车辆整备状态有限元模型进行了模态和5～100Hz正弦激励仿真计算,分析设备吊挂刚度对车体地板的振动影响。计算结果表明,车下设备吊挂刚度对弹性车体的各种振动模态均有不同程度的影响;车体空气弹簧位置激励时,地板在不同吊挂刚度时的振动响应主要集中在40Hz以内,合适的设备吊挂刚度可有效的降低地板的振动幅值并增加一阶垂弯频率,吊挂刚度对地板在12Hz以上的振动响应影响不大,同时发现刚性吊挂有助于增加车体的刚度;设备激励时,引起地板振动响应主要集中在20Hz以下,激励频率在车体一阶垂弯模态频率附近时,弹性吊挂刚度小于一定值时才能有效地减小地板振动的响应幅值。     

高速列车车下设备模态匹配及试验研究

本文提出计算整备状态下高速列车车体垂向一阶弯曲模态频率的数值及解析方法,研究并阐释车下设备对整备状态下车体模态频率的影响机理。基于解析方法及隔振理论,提出车下设备与车体模态匹配原则,设计车下设备悬挂参数,并针对设计结果进行试验验证。结果表明,数值方法计算精度高,但不便于工程运用,而解析方法在保证计算精度的同时,能够直接运用于车下设备悬挂设计;相对于刚性吊挂而言,车下设备采用弹性吊挂时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率会得到明显提升;车体与车下设备模态频率的合理匹配可有效避免二者间共振的发生,针对所研究的高速车辆,当独立设备固有频率设计为6.5Hz时,设备自振频率能够与车体垂向一阶弯曲模态频率有效分开。在整个运行速度区间内,车辆可以获得良好的运行平稳性,同时车下设备振动亦不剧烈。     

基于空簧悬挂特性的高铁车辆垂向振动舒适性对比研究

在对车辆振动舒适性进行型式试验和仿真分析的基础上,以拖车为对象,研究空簧悬挂对车辆垂向振动舒适性和地板振动的影响.对车辆的多体系统仿真结果表明:采用德系空簧时车辆的垂向振动舒适性较使用日系空簧时提高了约10％;而在德系空簧辅以二系垂向减振器的组合悬挂下,车辆的垂向振动舒适性介于使用德系空簧与日系空簧之间.对车辆的刚柔耦合仿真表明:当车辆以不低于300km· h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的高频垂向振动主要为转向架上方的局部模态振动,而且随着速度的降低,其振动能量逐步减小或消失;车体地板中部的振动是以1阶和2阶垂向弯曲模态振动为主的中频振动,并且与二系悬挂形式关系不大;当车辆以低于300km·h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的垂向振动主要是低频振动,并且与二系悬挂方式有较强的相关性;增设二系垂向减振器后,虽然可以弥补德系空簧低频性能的不足,但有可能因高频阻抗过大而造成1阶垂向弯曲模态振动的增强.     

270 km·h-1高速动车模态分析

按弹性体考虑,建立由车体、前后构架和4个轮对轴箱构成的270 km.h-1高速动车模型。采用弹簧单元和拉杆单元模拟一系、二系悬挂及牵引拉杆和轴箱拉杆;设置节点自由度耦合来模拟顶盖与车体其他部件的螺栓连接;在各设备质心位置创建质量单元,用弹簧单元将质量单元与底架上相应设备的支点连接起来以模拟设备质量的影响。用ANSYS软件的Block Lanczos算法提取了270 km.h-1高速动车在考虑设备质量和不考虑设备质量两种情况下的前200阶特征值和特征向量,并对这两种情况下的整车振动特性进行比较分析,得到如下结论:不加设备质量时,与垂向变形相关的振型,其频率明显高于加设备质量时的相应频率;与其他方向变形相关的振型,其相应频率在这两种情况下差异不大;整车刚度按二系悬挂、一系悬挂、车体、构架、车轴的顺序由弱变强;整备状态下车体出现垂向弯曲振型的最低频率为10.42 Hz,满足《200km.h-1以上速度级铁道车辆强度设计及试验规范鉴定暂行规定》的要求。     

高速动车组列车异常振动问题研究

研究某高速动车组列车异常颤动的实际问题。从试验、研发设计的角度出发,测试车轮踏面磨耗、多边形,悬挂系统振动传递,分析车下设备振动情况,车体和设备、座椅之间的模态匹配等对车辆振动性能的影响,全面阐述了车辆异常振动的分析解决方法、思路。通过试验测试数据寻找车辆异常振动的根本原因,通过分析多工况下车体的模态振动以及车体与车下吊挂设备、座椅的耦合模态振动,探讨修改座椅减振器参数对车辆消除颤振的作用。研究结果为指导车辆结构优化和运用维护提供理论依据。     

轨道交通车辆模态参数辨识方法研究

运用子空间辨识数值算法直接辨识出轨道交通车辆动力学系统的状态方程,对系统矩阵进行特征值分解后获得模态频率和阻尼比,运用稳态图来确定系统的物理极点,最后获得所识别系统的模态参数。利用此法,对轨道交通车辆垂向仿真模型进行了模态参数辨识研究。研究结果表明:如以轨道不平顺作为车辆输入、以车体和构架的位移响应作为系统输出进行辨识,则即使在噪声信号较大时,仍能获得良好的识别效果;运用仿真模型的加速度输出信号进行辨识时,车辆模态参数的识别精度受噪声影响很大;当噪声信号为原信号的5%时,以构架加速度作为输入、车体振动响应作为输出,仍能有效地识别车体的模态参数。     

孟买地铁转向架与车体垂向耦合振动分析

针对孟买地铁车辆,运用刚柔耦合的车辆振动模型,研究弹性车体与构架耦合振动,分析车体弹性对平稳性的影响。分析表明,车体刚度越大,车体弹性对平稳性的影响越小;随着转向架一系垂向刚度的增加,构架的浮沉频率会逐步增加;通过参数优化,当构架浮沉频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,不会发生车体垂向弯曲共振现象。     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究

高速动车组车下悬挂设备的隔振设计应最大程度地发挥设备工作效能,减小车体振动及两者的相互影响,提高乘坐舒适度。为研究车下悬挂设备隔振器参数对隔振性能的影响,根据机械振动和减振隔振理论,推导车下典型设备(牵引变压器及冷却单元)刚度设计的动力学方程。建立车体与牵引变压器及冷却单元的有限元分析模型,并以变压器振动烈度、地板舒适性和隔振效率为评价指标,深入分析隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率、变压器质量等对隔振性能的影响,得到隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响规律。结果表明,隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响明显,可为车下悬挂设备隔振设计提供依据。     

抱轴式牵引电动机吊挂刚度的优化

采用多刚体动力学软件SIMPACK,在时域里建立了完整的抱轴式机车整车动力学模型,分析了牵引电动机吊挂刚度和电机点头转动惯量对电机各向振动加速度和机车动力学性能的影响。发现优化电机吊挂刚度可以改善其工作条件,特别是明显地减小电机垂向加速度,但机车整车性能几乎无变化。还比较了不同吊挂刚度电机的振动频率,指出车体振动频率低于2Hz可能是抱轴式电机吊挂刚度改变未明显影响车体振动的原因。     

铁道车辆垂向主动悬挂的预见控制

以4轴客车为研究对象,建立4轴客车车辆的6自由度垂向主动悬挂的动力学模型。主动悬挂的常规控制策略往往对系统本身因素所引起的响应滞后问题表现出无所适从,因此,借助测定的未来目标信号或外扰,对主动悬挂设计一个预见控制器来抑制车辆系统的垂向振动。研究结果表明,采用预见控制策略使车体的垂向振动加速度响应幅值降低60%,转向架的垂向振动加速度响应幅值降低30%左右,同时系统可按设定目标值预见步数为20提前作出响应。     

牵引变压器连接刚度对车体与设备振动影响分析

建立了高速综合检测列车牵引变压器及其冷却单元与车体间的刚柔耦合力学模型,研究了利用模态叠加原理计算车体和附属设备耦合系统振动加速度的计算方法。利用数值仿真方法分析了牵引变压器和冷却单元与车体间的连接刚度对车体和设备振动的影响。     

芬兰SM3型摆式电动车组

概述了芬兰SM3型动力分散式摆式电动车组的平面布置、车体断面轮廓、主要技术参数、车体结构、车端连接装置、内装、车内设备与布置情况.     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

有源控制的试验研究

建立了铁道车辆1：8比例的半车4自由度横向有源悬挂试验模型，应用LQR控制方法进行了有源悬挂试验研究，并与仿真计算结果进行比较。研究结果表明，有源悬挂方式能有效地衰减振动，尤其是共振点处的振动；有源悬挂与无源悬挂要比，车体横移振幅在高频共振点附近平均降低75%左右；车体侧滚角振幅在高频共振点附近平均降低80%左右；当车体质量大于控制器设计质量时，控制效果比原设计质量的控制器要好，反之要差。     

径向转向架DF8B机车垂向异常振动分析

针对DF8B机车采用引进径向转向架技术后出现的垂向振动加速度超标问题,分析比较机车实测振动频率成份和悬挂系统的频率响应特性,通过对悬挂参数和转向架结构的分析,确定产生这一问题的根源在于转向架随动式制动装置的布置方式,当轮对受到线路轨缝垂向冲击激励时,该装置的摩擦副不能顺畅滑动,使一系垂向弹簧两端瞬间形成刚性连接,导致机车产生非正常垂向振动。由简化模型计算表明,在摩擦副的作用下,机车车体的垂向频率响应发生了变化,在6 Hz有一个响应峰值,这就使机车8.4 Hz的一阶垂弯振动较易激起,如果去掉该摩擦副,则试验中得到的8.4 Hz的较大响应可望消除。     

单层双层集装箱车体振动特征分析

为了分析单层双层集装箱车体振动特征及成因，利用柔性体接口处理技术对策（ITTS），建立了单层双层集装箱专用车辆刚柔耦合模型，并进行了整车模态分析对比和基于轨道谱的车体振动特征分析对比。这两种车体的结构型式是截然不同的，单层车体是利用一根纵梁构成的“鱼刺”形结构，而双层车体则是利用两个边梁构成的“落下孔”型结构。在三大件转向架的摇枕悬挂中，斜楔摩擦“卡滞”所产生的动力作用使单层车体形成了具有二阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。由于通用转向架的摇枕悬挂与双层集装箱装载方式所形成的惯性特征不匹配，双层车体运动模态振动频率过低，如点头、摇头和侧滚等，造成车体结构产生伴随模态振动。因为双层车体具有“落下孔车”结构特征，其横向稳定性比较差，因而双层车体弹性振动特征与装箱方式有关，只有在上下20ft×2装箱时才出现一阶弯曲模态振动，其他装箱方式则主要表现为车体横向振动。