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CNN-LSTM的车辆悬挂系统故障识别方法研究

高速铁路车辆（简称：车辆）运行条件恶劣多变,车辆悬挂系统的可靠性关系到行车安全和乘坐舒适性。当车辆的悬挂系统发生故障时,振动信号呈现非线性、非平稳的特征。为此,提出了一种基于卷积神经网络（CNN,Convolutional Neural Network）-长短时记忆（LSTM,Long Short-Term Memory）模型的车辆悬挂系统故障识别方法。通过SIMPACK平台建立了包含悬挂系统的车辆-轨道耦合动力学模型,获得了车辆系统各部件在健康状态及各类故障状态下的振动信号;以与故障元件关联部件的振动加速度信号作为模型输入,通过构建的CNN-LSTM模型对时序信号进行特征提取和分类预测,进而实现对车辆悬挂系统的故障识别;通过构建不同工况的故障数据集对该方法进行评估。试验结果表明,该方法在速度等级相同的情况下,故障识别准确率可达98%;在速度等级不同的情况下,故障识别准确率可达99%,验证了该方法的有效性。     

多激励条件下高速列车牵引变压器悬挂参数选择研究

为获得最优的变压器悬挂参数,基于多激励条件对其参数选择进行研究。首先建立高速列车-变压器耦合系统动力学模型,利用新型快速显示数值积分法求解车辆系统振动响应;然后依据车辆舒适度指标和变压器振动烈度计算结果,探究车辆系统振动指标随变压器悬挂参数变化规律;最后依据变压器悬挂参数对系统振动特性的影响规律确定变压器最佳悬挂参数。研究结果表明:变压器悬挂于中部能明显改善中部舒适度,且悬挂阻尼比对车辆舒适度和设备振动烈度影响不明显;当悬挂频率比大于1.4,车辆舒适度不再随悬挂频率比变化而变化;变压器悬挂频率比为0.9～1.1时,车辆乘坐舒适性和变压器振动水平都有较好的表现。研究成果可以为变压器的最优悬挂参数设计提供指导。     

中国标准地铁列车时速80公里B型车关键悬挂参数研究

根据中国标准地铁列车时速80 km B型车的设计要求和相关标准建立车辆动力学模型，基于车辆系统模态特性与运行速度、悬挂参数的相关性，利用傅里叶幅值扩展法对不同变量因子的灵敏度进行分析。依据动力学指标建立优化设计模型，对一系悬挂参数和二系悬挂参数进行优化组合，利用优化后的悬挂参数对车辆在不同工况下的动力学性能进行评估，并结合“车辆-轨道”耦合动力学模型，简要分析了车体和转向架模态对车辆平稳性和振动的影响。计算结果表明，基于优化后的悬挂参数，中国标准地铁列车时速80 km B型车的各项动力学性能满足标准和设计要求，车体和转向架的耦合性较弱，车辆系统有一定的安全裕量。     

铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制

研究铁道车辆横向主动悬挂采用H∞控制方案的振动控制效果。建立考虑车体横移、摇头、侧滚以及转向架横移的铁道车辆横向主动悬挂的控制模型。以该模型为基础,利用MATLAB软件设计铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制器。为了验证设计得到的H∞控制器的控制效果,采用ADAMS/Rail多体动力学软件建立整车模型,与MATLAB软件进行联合仿真,比较被动悬挂、Skyhook主动悬挂、H∞主动悬挂3种情况下的仿真结果。结果表明,车辆横向主动悬挂采用H∞控制器后振动控制效果明显,有很强的鲁棒性,可以将车体横向加速度的低频部分减小2倍以上,且不会增加车体横向加速度的高频部分。     

随机悬挂参数下轨道车辆平稳性的全局灵敏度分析

考虑悬挂阻尼器两端橡胶节点的刚度,建立基于广义Ruzicka隔振系统的轨道车辆垂向多刚体系统模型。基于虚拟激励法求解车辆垂向随机振动响应及Sperling平稳性指标,并建立悬挂参数与Sperling指标之间的关系。采用Latin超立方抽样法模拟随机悬挂参数作用下的Sperling指标样本,利用全局灵敏度分析法探讨阻尼器节点刚度比对Sperling指标关于随机悬挂参数的一阶灵敏度和总灵敏度的影响。结果表明:当参数变异系数相同时,多个悬挂参数变异引起的平稳性指标不确定性比单一悬挂参数大;平稳性指标不确定性主要来源于二系悬挂刚度和阻尼的变异,且随机悬挂参数间存在着一定的耦合作用;阻尼器节点刚度比的变化对随机悬挂参数灵敏度的影响比较明显。     

基于Sobol’法的轨道车辆平稳性的全局灵敏度分析

建立经典轨道车辆垂向多刚体模型,推导出模型的振动微分方程组,并采用虚拟激励法和三角级数反演理论求解轨道车辆Sperling平稳性指标。基于Sobol序列对模型11个参数进行随机采样,运用Sobol’法实现对Sperling指标的全局灵敏度分析,得到各个参数对车辆平稳性指标的一阶灵敏度及总灵敏度。最后选取车体质量和一系悬挂刚度2个参数进行优化分析。研究结果表明:平稳性指标随着速度的提高而增大,但影响平稳性的主要因素受速度改变的影响较小;车体质量、转向架质量、二系悬挂刚度和车辆定距之半对车辆平稳性影响较大;车体质量和二系悬挂阻尼与其他参数交互作用明显;提高车体质量和降低一系悬挂刚度能有效地提高平稳性。     

悬挂式独轨车辆动力学仿真研究

分析了悬挂式独轨车辆的结构特点,并应用软件Simpack建立车辆多体模型,探讨悬挂式独轨车辆稳定性、安全性、平稳性性能评判方法。通过仿真分析不同载客量悬挂式独轨车辆在曲线及横风作用下的响应表明,悬挂车体的横移量及走行轮、导向轮的载荷是车辆的动力学性能重要评判参数,且有相应的限值。讨论导向轮合理的预压力大小的确定方法,并给出计算模型的初步预压力的具体数值。     

低速磁浮车动力学建模及平行四边形机构分析

车辆结构设计必须满足动力学要求。对于低速磁浮列车而言,车辆与线路之间的运动解耦功能主要由车辆的二系悬挂实现。二系悬挂包括固定滑台、自由滑台、空气弹簧和平行四边形机构等,其运动同时受线路和刚性车厢的限制。文章先分析了在曲线上,平行四边形机构对车辆横向力分布的影响,然后利用多刚体动力学建模方法建立低速磁浮列车的动力学模型,并进一步阐述平行四边形机构在曲线通过中的重要作用,分析曲线通过时二系悬挂各构件的运动情况。     

基于车辆动态曲线通过性能的主要悬挂参数优化

分析了悬挂参数的选取对车辆动态曲线通过性能的影响,并利用相关的动力学软件进行了仿真计算分析,得出各悬挂参数对动态曲线通过性能的影响规律.基于第二代非劣排序多目标遗传算法,采用自编的优化软件和动力学分析软件实现联合仿真对车辆悬挂参数进行优化设计.该方法实现了多目标优化,显著提高了设计效率.结果表明,优化后的悬挂参数明显改善了车辆的动态曲线通过性能.     

悬挂式单轨车辆导向力矩优化研究

从车辆设计及系统动力学参数优化的角度出发探索优化悬挂式单轨车辆导向性能的方法。首先对悬挂式单轨车辆结构进行分析,在此基础之上建立悬挂式单轨车辆拓扑构型关系和基于多体动力学的动力学仿真模型;然后对悬挂式单轨车辆系统动力学参数进行灵敏度分析,筛选出对悬挂式单轨车辆导向力矩影响显著的参数;最后以影响显著的系统动力学参数作为优化设计变量,以车辆曲线通过性能和平稳性作为优化约束条件,采用NSGA-Ⅱ遗传算法作为优化算法,运用多体动力学软件(ADAMS)与多目标优化软件(modeFRONTIER)联合对悬挂式单轨车辆导向力矩进行优化分析,并对优化结果的有效性和可行性进行验证。优化结果表明:在满足给定约束条件下,当空气弹簧垂向刚度、空气弹簧横向刚度、走行轮垂向刚度、走行轮侧偏刚度、导向轮径向刚度达到最优解时,悬挂式单轨车辆的导向力矩降低了26.57%～38.57%,悬挂式单轨车辆的导向性能得到了有效提高。     

200km／h高速客车转向架的动力学仿真计算

利用ＮＵＣＡＲＳ和ＭＥＤＹＮＡ多体动力学数值仿真程序对新设计研制的２００ｋｍ／ｈ高速客车转向架进行了多方案的动力学仿真计算和分析。讨论了建立车辆动力学仿真模型时需深入考虑的问题。分析了高速客车转向架动力学结构参数和悬挂参数对车辆动力学性能的影响。提出了２００ｋｍ／ｈ高速客车转向架可行的动力学悬挂参数设计方案。     

铁道车辆横向半主动悬挂试验系统

为解决半主动悬挂工程应用问题,在试验室建立了铁道车辆的横向半主动悬挂试验模型,开发了车辆试验模型横向半主动悬挂控制测试系统,采用自校正自适应控制方法进行控制前和控制后的试验对比研究。研究结果表明,通过半主动悬挂控制,车辆模型在不同速度等级时车体的平稳性和加速度的最大值都得到很大的提高。     

基于降低悬挂式单轨车辆侧滚的结构参数优化研究

根据悬挂式单轨车辆的结构特点,通过多体动力学软件ADAMS建立悬挂式单轨车辆动力学模型。以车辆走行轮、导向轮、吊架、空气弹簧、中心销、横向拉杆、横向减振器等结构参数作为设计变量,结合多目标优化软件Mode FRONTIER和单因素敏感性分析方法,探索了影响悬挂式单轨车辆侧滚的因素,并甄别出影响悬挂式单轨车辆侧滚的主要因素;针对影响车辆侧滚的主要因素,确立将车辆具有良好的曲线通过性和运行稳定性作为约束条件,建立了以车辆侧滚为目标的优化数学模型,采用第二代非劣排序遗传算法为优化方法,进行了以车辆侧滚最优为目的的优化研究。优化结果表明:在满足给定的约束条件下,当单轨车辆各参数达到最优解时,车辆侧滚角减小了6.3%～11.4%。     

基于试验数据的城轨车辆二系悬挂系统神经网络辨识研究

针对城市轨道车辆二系悬挂系统的输入-输出动态关系,根据实测数据应用神经网络对城市轨道车辆二系悬挂系统进行辨识,建立了二系悬挂动态系统神经网络模型。仿真结果表明:所采用的辨识网络能够对城市轨道车辆二系悬挂系统的动态关系进行有效的辨识,可以建立一个分析二系悬挂系统特性的神经网络模型。     

基于LSTM网络高速列车悬挂系统故障预测方法研究

高速列车悬挂系统安全性对于整车安全运行非常重要,对悬挂系统进行全生命周期状态监测以预测其故障成为不可忽略的研究内容。当高速列车悬挂系统发生机械故障时,产生振动加速度,信号呈现非线性、非平稳特征。文章提出一种基于LSTM网络的高速列车悬挂系统故障预测方法,通过SIMPACK建立某型号高速列车整车模型,获得重要部件在各健康状态下振动信号,以时域指标中均方根值和峰度值指标作为特征构建健康因子曲线,通过LSTM网络对时序数据进行分析预测,为高速列车悬挂系统故障预测提供可行方法,以期为减少悬挂系统故障提供新途径。     

接触网刚性悬挂的静力与动力分析

通过对接触网刚性悬挂的模型的假设在ANSYS软件中建立了有限元模型，经模态分析计算得到了接触网刚性悬挂固有频率。利用广州地铁二号线检测到的接触压力的数据对接触网刚性悬挂的结构实现了多荷载瞬态动力振动分析。结果表明合理处理端头悬臂以及合理选择跨距对接触网刚性悬挂的设计施工是非常重要的。     

半主动悬挂的横向和垂向阻尼系数对车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同的半主动悬挂横向和垂向阻尼系数下,车体平稳性指标、构架加速度、轮对冲角和磨耗指数的变化情况,结果表明动力学性能之间存在多处相互矛盾的地方,在选择半主动悬挂横向和垂向阻尼系数时应合理安排,充分协调相互矛盾的动力学性能.     

基于空气弹簧非线性模型的车辆振动特性研究

为研究不同模型和不同空气弹簧物理参数下车辆振动特性,基于热力模型和ADAMS空气弹簧非线性模型建立空气弹簧悬挂系统控制模型,并利用多体动力学仿真软件SIMPACK与MATLAB/SIMULINK联合仿真平台建立包括空气弹簧系统的整车多体动力学模型。研究结果表明:热力模型较ADAMS模型更能准确模拟空气弹簧非线性动态特性;车辆低速运行时节流孔直径越小越有利于改善车辆垂向运行平稳性;车辆高速运行时节流孔直径太大或者太小都不利于改善车辆垂向运行平稳性;附加空气室体积越大越有利于改善车辆垂向平稳性,但是增大到一定程度继续增大对车辆垂向平稳性改善不是很明显。     

高速列车几种车下设备悬挂参数设计方法对比分析

为验证高速列车车下设备悬挂参数设计方法的可行性,对目前主要的3种设计方法的应用效果进行了对比分析。首先阐述了隔振设计法、动力吸振器法和动态设计3种方法理论和应用条件;接着以国内某型高速列车牵引变压器悬挂参数设计为例,分别基于3种方法对变压器悬挂参数进行了设计;最后将所设计的悬挂参数代入所建立的车辆设备系统模型中,求解出车辆设备系统的振动特性,从而对比分析了3种设计方法的可行性。研究结果表明,隔振设计法和动力吸振器设计法均未考虑车体设备的耦合振动特性和设备自身振动特性,根据动态设计法将变压器悬挂频率比设计为0.90～1.10时车辆既能拥有较好的乘坐舒适性,变压器也能拥有较好的振动水平;相比传统的2种车下设备设计法,动态设计法具有更高的可行性。研究结论可以为车下设备悬挂参数的设计方法选择提供依据。