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。     

高速动车组半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

介绍了基于天棚控制理论的半主动减振器原理,以CRH380A动车组头车为研究对象,对天棚阻尼系数和时滞对车辆动力学性能的影响进行了仿真分析.结果表明:天棚阻尼系数越大,车体横向减振性能越优,但系统允许的最大时滞减小;天棚阻尼系数的设计要同时考虑横向振动性能和系统时滞的影响.半主动控制模式比被动模式对车体横向振动的改善效果均比较明显,平均改善率超过20％.     

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.     

半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

以配装SW—200型转向架的动力学试验车为研究对象,对二系横向阻尼采用天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂2种控制模式下的车辆动力学性能进行仿真计算分析。结果表明:半主动悬挂控制模式下的车辆蛇行失稳临界速度比采用被动悬挂控制模式时虽有所下降,但仍能满足运用要求。与被动悬挂控制模式相比,在直线上运行时,天棚半主动悬挂和开关半主动悬挂控制模式下的车体横向平稳性指标分别改善13%～18%和8%～16%,而且车辆运行速度越高,半主动悬挂控制模式对车体振动的控制效果越好;在曲线上运行时,半主动悬挂模式对车体横向振动仍有良好的控制作用;与开关半主动模式相比,系统时滞对天棚半主动悬挂模式控制车体振动的效果影响较大。     

基于MATLAB软件的动车组转向架悬挂系统半主动控制仿真分析

基于CRH2高速动车组转向架悬挂系统结构,对列车垂直、水平两个方向建立动力学模型。利用模糊控制理论,对影响车辆运行平稳性的沉浮、点头、横移、侧滚及摇头等刚体振动进行控制策略分析。根据半主动控制系统的特性要求,提出采用磁流变阻尼替换原有油液阻尼,达到降低车体各个方向的振动加速度从而提升车体稳定性的目的。以中国干线铁路轨道功率谱密度为轨面激励发生基础,联合MATLAB软件中的Simulink模块进行整车性能仿真研究。仿真结果显示,该半主动控制悬挂系统能够较好地抑制两个方向的5种振动模式,对于改善车辆运行平稳性、降低转向架所受冲击力有良好的作用,在设计上可使用半主动控制的磁流变悬挂系统代替传统铁道车辆被动悬挂控制。     

高速列车开关式横向半主动悬挂系统的理论与实践

阐述了半主动悬挂系统的原理,介绍了基于天棚控制原理的开关式横向半主动悬挂系统的研制过程。利用车辆系统动力学仿真分析软件UM分析了车辆系统采用半主动悬挂改善车体振动性能的结果,确定了半主动悬挂系统的时滞范围和车辆过曲线时车体离心加速度的滤波频率范围。针对样机进行了简化的台架试验。仿真计算和台架试验结果均表明,采用开关式半主动悬挂系统可以有效地维持和断开减振器所提供的阻尼力,从而提高横向运行平稳性指标。     

基于加速度阻尼控制的半主动悬挂研究

半主动悬挂是改善铁道车辆振动、提高乘坐舒适度的有效对策。但由于铁道车辆的特殊性和复杂性,车辆动力学系统的精确数学模型很难获得,这限制了现代控制理论在实用化半主动悬挂中的应用;而天棚阻尼控制所需车体的绝对速度很难测量,若采用测得车体加速度积分得到车体绝对速度的方法,其传感器的误差和系统噪声会导致车体绝对速度产生误差,从而影响减振效果。基于上述原因,本文提出加速度阻尼控制方法,即采用与车体加速度成正比的振动衰减力来抑制车体振动,并对加速度阻尼控制方法稳定性进行理论分析和仿真研究。仿真结果证明:与被动悬挂相比,车体振动加速度有效值和最大值在各速度级分别减少了55%~63%和53%~66%,Sperling乘坐指数也得到明显改善;且加速度阻尼控制具有很好的鲁棒性和适应性。可见该方法能有效地提高铁道车辆的平稳性和乘坐舒适性。     

铁道车辆车下设备新型减振器设计研究

利用碟形弹簧在一定条件下可以产生负刚度的特性,将碟形弹簧与橡胶弹簧并联,设计出一种可以实现垂向与横向刚度分离的车下设备新型减振器,并运用谐波平衡法对车下设备新型减振器进行传递特性分析。建立包含车体弹性的高速动车组车辆刚柔耦合动力学模型,基于车辆运行平稳性最优原则,计算获得车下设备垂向与横向最优吊挂刚度,并据此设计新型减振器参数。将车下设备采用新型减振器的车辆与车下设备采用传统橡胶减振元件的车辆进行对比分析,结果表明,前者的垂向与横向运行平稳性及车体振动加速度功率谱明显优于后者,所设计的新型减振器能够有效降低车体的弹性振动,改善车辆的运行平稳性。     

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。     

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。     

不同速度条件下高速铁路动车组振动响应和平稳性分析北大核心

动车组车体振动加速度是表征车辆运行状态的重要参数,也是评价车辆平稳性的关键指标。本文基于实车试验和仿真计算数据,研究不同速度条件下动车组车体振动加速度分布及时频域响应特征,得出了车体振动加速度和出现频次之间的函数关系,获取了轮对周长、轨道板长度、简支梁跨度等车体及线下基础设施周期性不平顺激励引起的车体振动响应与动车组运行速度的相关性特征。通过平稳性分析,得出了动车组平稳性和舒适度指标随动车组运行速度提升的变化规律。研究成果可为线路全程舒适性评估和线路方案优化提供支撑。     

高速动车组牵引变压器振动特性试验研究

为了研究机电耦合作用下高速动车组牵引变压器的振动特性,分析了牵引变压器铁心和绕组的振动机制。基于高速动车组线路振动试验,研究了停车、加速、恒速和过分相区4种工况下牵引变压器振动加速度的时频分布情况,探讨了冷却风机的影响机制,分析了牵引变压器对车体振动和车辆运行平稳性的影响。研究结果表明,在牵引变压器正常工作时,振动能量主要集中在200 Hz和300 Hz这2个频点左右,车体和冷却风机产生的振动能量占比较小,与理论分析结果一致;过分相时牵引变压器横向振动加速度有效值仅为正常工作条件下加速度有效值的7%;冷却风机转动导致牵引变压器垂向加速度有24.6 Hz及二倍频对应的振动分量;受牵引变压器的影响,车体底架加速度值增加了20%,恶化了车辆运行平稳性。     

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。     

基于人体敏感频率的二自由度动力吸振器研究

从振动对人体生理影响出发,结合平稳性权重函数和实测高速动车组功率谱密度,指出对车体刚性振动控制的重要性。提出采用基于加速度的二自由度动力吸振原理,设计抑制车体浮沉及点头振动的二自由度吸振器。建立典型高速动车组单车垂向动力学模型,采用虚拟激励法及平稳性快速算法分别计算车体响应加速度功率谱密度及运行平稳性。研究结果表明,二自由度动力吸振器对车体浮沉及点头振动具有良好的抑制作用,能够提高车辆运行平稳性,当二自由度动力吸振器实现最优同调时,对点头及浮沉振动的抑制效果最佳。     

一种抗蛇行减振器控制系统在高速动车组中的仿真应用

为协调车辆横向稳定性与曲线通过性之间的矛盾,提出一种抗蛇行减振器的控制系统,并采用ADAMS-Matlab联合仿真的方法在高速动车组中进行了仿真应用。该控制系统以车体两侧高度差为控制变量,该变量可由空气弹簧高度调节阀和压差阀直接提供,不需要额外的传感器。抗蛇行减振器的控制系统可实现对曲线轨道和直线轨道两种情况之间抗蛇行减振器阻尼系数大小的调节。仿真结果表明:抗蛇行半主动控制在不影响动车组横向稳定性的同时,可大大提高车辆曲线通过时的安全性能。     

比例溢流阀式半主动悬挂系统仿真研究

利用建立的比例溢流阀式半主动减振器的数学模型、天棚阻尼半主动控制器模型和车辆系统动力学模型,分析常通节流孔直径和比例溢流阀调压误差对半主动减振器性能的影响.结果表明:采用比例溢流阀式半主动悬挂系统能够有效地减小车体振动,而且车辆运行速度越高改善效果越明显;根据建立的车辆系统动力学模型,对应车辆各速度等级,当天棚阻尼系数取100kN·s·m-1时,车辆运行平稳性指标取得综合最优;常通节流孔直径越大,半主动减振器响应越慢,其等效阻尼越小,半主动减振器阻尼力对控制器期望阻尼力的跟踪能力就越差,在振动频率为1Hz附近车辆的振动能量越大,并且调压误差系数仅对车体的横向高频振动有微小的影响.     

高速动车组尾车横向晃动调查研究

某型号高速动车组运行过程中,尾车在新轮状态时出现持续晃动,但反向作头车运行时却不晃动.针对此问题,开展了不同线路表面状态下的车辆晃动特征测试,从悬挂系统振动传递特性、轮轨匹配状态,以及关键零部件性能检测等方面着手,确定了车体产生晃动的原因.结果 表明,尾车横向晃动始于车辆高速通过个别道岔时刻,晃动发生后只能通过降速消除...     

高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究

随着运行速度的提高,车辆对轮轨激励的敏感性有所增强,激扰频率范围也进一步加宽,深入研究高速列车振动特性及传递规律具有重要意义。在车辆各主要部件上布置加速度传感器,于武广客运专线上测试并获取了高速动车组轴箱、车体、构架承载部位以及齿轮箱和制动吊座等部件的垂向和横向振动加速度时间历程。对照列车运行速度,分析一、二系连接处各部件振动加速度峰值、均方根等时域特征,给出测试里程内系统振动频次和幅值之间的对应关系。利用短时傅里叶变换方法,获得系统各部件功率谱主频与运用速度之间的关系,并给出典型冲击工况下时频谱的特点。建立不同响应位置间的幅频传递函数,获得匀速、牵引加速、制动减速等不同典型工况下各部件间的频域传递特性。本文的研究工作对认识和获得动车组车辆系统振动特性具有较为重要的工程意义。     

中国铁道科学研究院2011年科技成果简介(续一)

9京沪高速铁路综合试验——高速铁路气动效应试验研究在路堤、路堑、桥梁等明线区段和隧道等各种线路条件下,测试高速动车组以不同速度级运行和交会的过程中车体底部设备舱内外、裙板内外及转向架附近空气压力的分布和变化情况,以及进出隧道过程中车体的振动情况和地面测点的气压变化情况,研究地面气动效应对高速动车组的影响。测试动车组以不同速度级在不同线路区段运行时地面转辙机、应答     

车下悬吊系统耦合振动的半主动控制研究

为减小车体弹性振动,保护车下悬吊设备,研究了车体和车下悬吊设备的耦合振动关系,优化车辆动力学性能。考虑车体的弹性结构,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学仿真模型,对比分析了车下悬吊系统在被动控制方案和基于天棚阻尼的半主动控制方案下对车体弹性振动的影响,并分析了合理参数匹配的重要性。此外,以车下设备的质量为例研究了对半主动控制效果的影响。研究结果表明:在合理的参数匹配下,半主动控制方案能够有效降低车体的弹性振动;当车下设备质量较大时,半主动控制方案优于被动控制,且在一定范围内随质量增大减振效果更加明显。