基于惯容器的铁道车辆悬挂性能提升研究

作为一种新型隔振元件,惯容器具有提高隔振系统隔振性能的潜力,据此,考虑将惯容器应用于铁道车辆悬挂系统中,探究惯容器对铁道车辆悬挂性能的提升效果。从具有工程应用价值的角度出发,针对几种包含惯容器且具有较低结构复杂度的"惯容-弹簧-阻尼"悬挂系统进行研究,建立包含一系悬挂和二系悬挂的铁道车辆六自由度垂向动力学模型,以提升车辆运行平稳性为目标,采用粒子群优化算法对包含惯容器的铁道车辆悬挂参数进行优化,在此基础上,分析对比各悬挂系统的频率响应以及在随机激励下的瞬态响应。研究结果表明,不同结构形式的"惯容-弹簧-阻尼"悬挂系统对铁道车辆运行平稳性的提升效果明显不同,总体上提升幅度较为明显,但部分结构会在一定程度上恶化铁道车辆悬挂系统的隔振性能。     

高速列车垂向随机振动及减振器阻尼参数优化

根据考虑和不考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,通过方程变换,得到便于数值积分求解的高速列车垂向振动状态空间表达式。在此基础上,应用随机振动理论研究高速列车的垂向振动特性,并比较分析2种模型之间的差别;基于考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,分析减振器阻尼参数对列车振动响应的影响,并以车体垂向振动加速度、二系悬挂垂向行程、构架垂向振动加速度、一系悬挂垂向行程均方根值为目标,应用评价函数法,建立高速列车垂向减振器阻尼参数优化方法。由分析结果可知,该优化方法可进一步改善列车的运行品质,为高速列车垂向减振器阻尼参数的选取提供了有益参考。     

转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型及分析

应用系统工程的方法,将座椅系统与传统轨道客车系统作为一个整体大系统加以考察,建立轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并推导模型的振动微分方程;根据转向架-车体-座椅耦合系统垂向振动微分方程组,通过变量变换,给出轨道客车转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型的数值分析方法。通过与传统轨道客车垂向动力学模型得到的垂向随机响应进行对比,验证轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型的正确性,该研究为轨道客车的振动特性分析及车辆悬挂系统参数和座椅悬置系统参数的优化设计提供了模型参考。     

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SIMPACK的车下设备垂向隔振参数研究

以具有双层隔振系统的柴油发电机组为研究对象,对轨道列车车下悬挂设备与列车车体之间的耦合振动进行研究。首先建立起一个三自由度的力学模型进行振动分析,然后据此建立对应的车体-动力包耦合振动微分方程,并推导出动力包的振动烈度与垂向隔振参数之间的函数关系,最终选取振动烈度作为评价准则,研究在双层隔振系统中隔振弹簧的两大参数垂向刚度和垂向阻尼对振动烈度产生的影响。结果显示:列车隔振系统中隔振器刚度主要对列车运行平稳性产生影响,而隔振器阻尼则主要影响列车柴油发电机组的振动烈度;参考列车运行平稳性及柴油发电机组振动烈度两大指标,可以为列车隔振系统参数的选取提供一定的参考依据。     

客车垂直振动性能的计算及悬挂参数的最优化设计方法

本文介绍用现代随机振动理论建立客车垂直振动系统的计算模型，阐述了系统的振动性能及客车垂向运行品质的计算方法。结合客车的特点给出了与最优化设计有关的两类评价函数，并对现有的客车进行丁垂直悬挂参数的最优化设计，其结果令人满意。     

半主动悬挂机车平稳性和曲线通过动力学性能仿真研究

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件分别建立二系横向和垂向半主动悬挂机车模型,分析比较了横向、垂向半主动悬挂和被动悬挂的平稳性,以及300 m曲线半径通过时的动力学性能,得出采用半主动悬挂方式可有效地提高机车的平稳性．但同时会使轮对动力学性能恶化。因此有必要对构架结构参数和悬挂系统参数作进一步优化和研究。     

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。     

考虑车体弹性的车辆垂向振动特性优化研究

为了提高城市轨道交通车辆垂向振动舒适性,文章以某快速地铁车辆的中间车为研究对象,首先采用有限元分析软件建立弹性车体模型,再采用动力学分析软件建立考虑车体弹性的车辆-轨道刚柔耦合系统动力学模型,并以转向架悬挂参数和设备悬挂参数为优化对象,对车辆垂向振动特性进行优化研究.结果表明,基于优化后的一组悬挂参数,车辆垂向振动特性...     

基于稳健试验设计的高速客车悬挂参数多目标优化

为了改善高速客车的动力学性能,采用稳健试验设计法对高速客车的多个关键悬挂参数进行了多目标优化。基于多体动力学软件UM,完成了高速客车模型的建立和基本参数的设置。采用变化系数的方法,得出各项动力学性能指标结果,筛选出关键悬挂参数。将关键悬挂参数进行正交试验,对试验结果进行信噪比分析,确定了优化后的参数。对优化后的参数进行验证发现:各项动力学性能指标均得到改善,悬挂参数的优化是有效的。     

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。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

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.     

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。     

基于Kalman滤波器的故障诊断方法及其在铁道车辆中的应用

现结合Kalman滤波器和统计的方法对铁道车辆悬挂系统故障进行诊断。为了避免高频引起的数值振荡，这里提出采用求导和降阶的方法得到关于加速度及其导数的状态方程来代替通常的关于位移及其速度的状态方程。通过改变二系垂向阻尼系数来模拟故障，数值结果表明，该方法能有效诊断铁道车辆垂向悬挂系统的故障。     

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。     

TMD抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动研究

针对我国既有铁路钢桁梁桥的振动特性,对机车、转8转向架货车和客车分别建立车桥TMD系统耦合振动方程,将轮对的蛇行及轨面不平顺作为主要的激振源,通过随机函数产生随机激振,利用车桥TMD耦合振动仿真程序的大量模拟计算,研究桥梁在列车尤其是长大空重混编的货物列车随机激励下的横向振动规律,分析多点调频质量阻尼减振器抑制铁路钢桁梁桥横向振动的效果。结果表明,TMD能有效的抑制既有铁路钢桁梁桥的横向振动。     

墩台基坑开挖过程中列车动载对路堤的动变形分析

大量新建桥梁桥墩基坑工程位于铁路路基保护范围以内,使得铁路不可避免地受到基坑开挖的影响,既有铁路的列车动载加剧这种不良影响。在基坑开挖过程中,为了确保邻近铁路的安全,以孙渡特大桥上跨丰洛铁路桥墩施工为背景,通过建立三维有限元数值模型,分析在客车和货车不同速度下邻近既有线的基坑开挖过程中路堤的动变形规律:随着基坑不断向下开挖,路基中心处的竖向动位移和水平向动位移均增大,且水平动位移增长率大于竖向动位移增长率。60 km/h客车和40 km/h货车动荷载下路基中心的竖向最大动位移分别为3.32 mm和3.42 mm,其他情况均大于3.5 mm。最后基于铁路路基动变形3.5 mm的控制标准,提出在基坑开挖过程中客车限速60 km/h和货车限速40 km/h的控制措施可行。