高速动车组悬挂部件失效动力学性能研究

利用SIMPACK软件建立了适用于高速转向架悬挂系统故障检测的国内某型高速动车组车辆动力学仿真模型,并根据所建立的动力学模型分别研究了在不同速度条件下一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系抗蛇行减振器失效时整车不同部位表现出的动力学性能。通过对车体不同部位及前后转向架动态响应信号的时域、频域特性进行分析,获得了转向架悬挂部件故障与整车系统响应的关联关系,提出了分别针对一系垂向减振器、二系空气弹簧、抗蛇行减振器失效敏感的故障特征因子,从而对悬挂部件故障进行检测与定位。     

基于多体动力学仿真的城市轨道交通车辆二系悬挂故障特征分析

对国内某型城市轨道交通车辆的故障统计发现,二系悬挂故障已成为影响转向架乃至车辆安全运行的主要原因之一。基于多体动力学的方法建立该型国产城市轨道交通车辆动力学模型,并通过实车振动数据验证了模型的正确性。利用验证后的模型模拟二系悬挂故障下列车的运行状态,并采用功率谱对车体振动加速度进行分析。仿真结果表明,在考虑速度、载荷及故障个数等因素的情况下,车体垂向、横向振动频率分别在0~3.5 Hz和0~2.0Hz频段时对于二系悬挂故障最为敏感;均方根值和方差更适合作为频谱变化的量化指标;当故障造成列车部件布置不对称时,车体振动变化尤其明显。     

动车组车辆车下悬吊设备线路振动特征分析

高速列车刚柔耦合振动会引起车下悬吊设备的剧烈运动。介绍了高速动车组车辆悬吊设备以及质量调谐吸振理论。根据试验数据,分析了构架振动响应、车下设备振动响应,以及不同车速和线路对车下设备振动响应的影响。结果表明:正常路段构架横向振动加速度振动幅值较小,而蛇形激励路段构架横向振动主频为7.4 Hz。在振动水平正常时段,设备振动显著大于车体振动,设备频域振动特征主要为高频磁致振动,设备15 Hz以上的高频振动均未传递至车体。转向架蛇行激励时段,辅助变流器和车体耦合振动频率为7.6 Hz,设备和车体振动相位基本相同。运行速度增大时,车下设备振动增强,线路条件对车下设备振动也有重要影响。     

基于3种典型踏面的高速转向架稳定性研究

在分析高速轮轨匹配特征的基础上,以350 km.h-1速度等级的CRH3动车组作为研究对象,应用线性稳定性分析方法绘制高速轮轨空间的稳定安全裕度3维图。线性稳定性计算表明:等效锥度越大,转向架蛇行振动固有频率越高,因而必须不断增强抗蛇行减振器的串联刚度。非线性稳定性仿真计算表明:抗蛇行减振器需要利用其动态液压刚度的非线性形成宽频带吸能特性,以满足衰减蛇行振动、控制蛇行振幅和权衡准静态曲线通过性能等要求。仿真计算得出的动车转向架横向加速度值与实际测试的加速度值相吻合。根据曲线踏面磨耗情况确定了CRH3动车组选用3个典型车轮踏面(XP55,S1002CN和LMA)可以达到的最高商业运营速度。     

基于Copula函数的高速列车信号联合特征提取

针对高速列车在车体不同位置的通道测得的振动信号,提出一种基于Copula函数的通道间信号联合特征提取方法。该方法使用泛化高斯分布对各通道信号的边缘分布进行拟合,并使用Gaussian Copula函数构建信号间的联合分布函数。提取边缘分布参数以及联合分布函数的参数作为特征。通过对某型高速列车转向架正常、抗蛇行减振器失效、空气弹簧失效和横向减振器失效4种典型工况的振动信号进行分析和特征提取,并采用支持向量机进行识别,平均识别率超过97%,表明该特征提取方法的有效性。     

CRH_3型动车组转向架性能提升研究

通过分析CRH3型动车组系统悬挂参数、质量参数、轮轨参数对临界速度的灵敏度,并针对敏感参数进行转向架蛇行运动稳定性的影响分析,探明导致构架横向加速度报警的根源,提出转向架性能提升方案,经线路试验验证确认要因并改进,为后续转向架设计优化提供参考及依据。     

基于模态追踪的地铁车辆低频横向晃动分析

为研究车体低频横向晃动的原因及提高旅客乘坐舒适性,首先依据模糊数学的欧式贴近度准则,有效追踪和分析了车辆各刚体模态随速度变化的情况;其次,基于欧式贴近度定义整个系统所有模态之间的耦合度;最后,以降低车辆系统的耦合度为优化目标,对悬挂参数进行优化。计算结果表明:在某一速度下,当转向架蛇行运动的频率与车体横向振动的固有频率接近时,两者振型极为相似,欧式贴近度接近于1,转向架蛇行运动与车体横向运动发生共振,使车体横向发生低频晃动,此时车辆系统耦合度最大。对车辆悬挂参数优化后,可有效降低系统内的耦合度,减少转向架蛇行运动对车辆横向振动的影响,消除车体低频晃动现象。     

高速动车组半主动横向减振系统研制

为提升高速动车组在既有客运专线和高速线路之间跨线运行时的车辆运行稳定性和乘客乘坐舒适性，文章基于H∞控制设计研制了一种半主动横向减振系统，该系统主要由控制器、减振器、车体加速度传感器、活塞位移传感器组成。为了验证半主动横向减振系统的性能，将其搭载于某高速动车组进行整车滚振试验，通过施加武广线路谱和胶济线路谱激励，测试车辆在不同速度级下的车体横向振动控制效果。试验结果表明，半主动横向减振系统可以有效衰减车体的横向振动，尤其是0.5～3 Hz的低频振动，幅值可衰减50%以上。     

车间纵向减振器对高速动车组动力学性能的影响研究

为研究车间纵向减振器对高速动车组相关动力学性能的影响,以CRH380B型动车组为基本模型,利用CRH380A型列车车间纵向减振器参数,基于车辆动力学理论,采用动力学仿真软件SIMPACK建立四动四拖八节编组的非线性列车动力学模型。对列车是否加装车间纵向减振器进行对比,分析列车平稳性、稳定性和列车纵向动力学。结果表明:加装车间纵向减振器可使车体横向平稳性指标降低4.4%,轮轨磨耗指数降低2.0%,车体摇头角降低36.4%,抑制车体1~3Hz的横向振动和0.4~13Hz的纵向振动。建议高速列车加装合理刚度和阻尼参数的车间纵向减振器。     

高速动车组低频周期性晃动问题分析与诊断

高速动车组同一车厢的两个转向架同相蛇行运动频率与车体固有上心滚摆频率接近时,车体因共振而出现低频周期性晃动,不仅影响乘坐舒适性,还会造成脱轨.本文根据低频周期性晃车成因,提出一种以车体横向加速度为研究对象的诊断方法.首先设置车体横向加速度阈值,对超阈值处延拓获得可能存在问题区段,然后利用集合经验模态分解法对这些区段车体...     

高速动车组半主动悬挂系统的研究

对高速动车组半主动悬挂系统进行研究,完成了半主动悬挂系统的理论分析、系统设计、控制策略设计、半主动减振器和控制器工程化样机的研制及系统的台架动力学性能试验等工作.台架试验采用实测不平顺轨道谱,对比了不同速度下半主动正常和半主动失效工况下车体的动力学性能指标,试验结果表明,研制成功的半主动悬挂系统能较有效地改善高速动车组车体的横向动力学性能.     

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。     

高速列车二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂系统的研究

基于天棚阻尼控制原理的阻尼连续可调式半主动悬挂系统由4套阻尼连续可调式半主动减振器、2个两轴加速度传感度和1套检测、控制及故障诊断系统等组成。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM,建立某型高速列车的虚拟样机模型(包括二系横向被动状态和二系横向阻尼连续可调式半主动悬挂状态),分析高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂对改善车体横向振动性能的效果,从而确定天棚阻尼系数取150kN·s·m-1比较合适。为了开展阻尼连续可调式半主动悬挂系统样机的台架性能试验,采用软件UM建立了样机的简化试验台架仿真模型。5个试验工况下的台架性能试验结果表明:与被动悬挂相比,半主动悬挂下的车体加速度均方根值改善了19.8%～37.8%,车辆运行平稳性指标改善了8.1%～15.0%,说明高速列车二系横向采用阻尼连续可调式半主动悬挂系统可以实时切断加速车体横向振动的阻尼力和实时提供衰减车体横向振动所需要的阻尼力,从而提高高速列车的横向运行平稳性。     

高速列车监测数据处理及故障诊断

车体性能好坏直接影响列车的行车安全,文章利用安装在车体上的传感器所采集到的振动信号,选取合适的信号特征提取方法进行评估,达到列车故障早期预警的目的。试验数据表明,车体的振动信号具有非线性、非平稳的特点,先对振动信号提取小波包能量矩特征进行时频域分析,发现该特征提取方法可以直观地反映车辆横向和垂向振动情况。引入基于局部分析的拉普拉斯特征映射算法(LE),对故障工况的小波包能量矩熵特征所构造的高维特征向量空间进行降维,发现能够从垂向加速度信号识别出空气弹簧失气工况,从横向加速度信号识别出抗蛇行减振器故障和横向减振器故障。这与车辆动力学分析结果一致,同时也证实了流形学习方法对列车性能评估具有一定的作用。     

高速动车组传动系统异常振动问题研究

针对高速动车组出现的车辆异常振动问题,聚焦故障出现的位置,分析引起异常振动的因素。通过振动传递路径分析、车辆振动测试、振动数据处理及故障零部件分解检查,找到异常振动根本原因。因动车组牵引传动系统零部件出现缺陷,导致转向架在正常运行过程中出现异常振动,并通过悬挂系统传递到车体,引起车体异常抖动。     

铁路工程车辆横向失稳动力学特征分析

以工程车辆正线动力学性能型式试验数据为研究对象,论述了国内外铁路对车辆横向失稳试验的判定,从车体和构架横向振动加速度、轮轴(轨)横向力及轮轨垂向力3方面对试验过程中车辆横向蛇行失稳时呈现的动力学性能特征进行分析、归纳和总结。结果表明,焊接构架式转向架的工程车辆,采用构架横向加速度10 Hz滤波后,连续峰值5 m/s2来进行横向失稳评判较为合理。     

动车组转向架簧间大质量部件(牵引电机)振动解耦技术方案

针对更高速度等级动车组转向架的簧间大质量部件(牵引电机)振动解耦技术进行了专题研究,分析了牵引电机的横向悬挂刚度和阻尼对转向架动力学性能的影响。结果表明,让牵引电机和构架在横向方向解耦到一定程度,即适当降低牵引电机的横向悬挂刚度和阻尼,可提高转向架的蛇行临界速度。为达到较高蛇行临界速度所需的横向悬挂刚度和阻尼,提出了一种高速转向架牵引电机横向解耦弹性架悬机构技术方案。该方案能将电机的横向悬挂刚度降低至0.34 MN/m,可实现电机与构架的横向低刚度解耦。     

二系横向止挡刚度特性对高速动车组曲线通过横向舒适性的影响研究

二系横向止挡作为轨道车辆转向架二系悬挂关键零部件,对车辆动力学性能有一定影响,其刚度特性对高速列车曲线通过时的舒适性影响较大。对采用不同刚度特性参数的二系横向止挡的动车组,在线路不同曲线条件下进行试验,通过分析高速动车组平稳性、稳定性和安全性指标的变化规律,研究二系横向止挡刚度特性对高速动车组动力学性能的影响。线路试验结果表明,止挡刚度对车体的横向振动加速度影响较大,而对转向架稳定性及轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微。     

时速160 km的国外低地板铰接动车组严重晃动问题测试研究

针对国外某型号低地板铰接动车组存在的车体严重晃动、平稳性指标超标以及由此导致的限速运营问题,开展了轮轨接触关系和悬挂系统振动传递情况的线路测试。采用实车线路运行视频监测方法,对车体的运行姿态、悬挂系统振动传递、结构模态及轮对振动等进行了综合分析。结果发现,轮对低频蛇行通过悬挂系统传递给车体,激发出车体的刚体摇头和结构菱形模态耦合振动,从而导致平稳性指标超标。车载视频监测方法发现轮对确实存在1 Hz低频大幅值蛇行运动,空簧变位显著,即视觉上捕捉到了轮对蛇行与车体摇头的关系。经过分析和测试验证,改进的踏面镟修廓形可以改善轮轨接触关系,控制轮对蛇行运动,避免车体异常晃动,保证车辆运行的平稳性。     

2B_0机车车体低频横向晃动现象研究

为解决某2B_0机车车体出现的低频横向晃动问题,分析等效锥度对低频横向晃动的影响,采用根轨迹法分析该车辆系统的振动特性,明确低频晃动产生的原因,最终提出整改措施。分析结果表明,较小等效锥度下转向架蛇行运动模态与车体固有的摇头、侧滚模态之间显著的耦合共振是低频晃动产生的主要原因,从减小抗蛇行减振器安装角度、减小轴箱纵向刚度和减小电机减振器阻尼等三个方面对机车进行综合整改,可以有效抑制转向架蛇行模态与车体固有横移模态之间的耦合共振,增加一次蛇行稳定性。非线性动力学计算及现场整改试验的结果均表明,机车在采用整改措施后基本消除了低频晃动,验证了分析的正确性。