牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型，应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型，利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型；考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用，通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析，对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下，高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动，牵引电机悬挂节点径向刚度为20～30 MN·m^-1时，牵引电机垂向振动达到极小值，齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小，且径向刚度较小时车辆安全性指标较优；牵引电机悬挂节点轴向刚度为4～6 MN·m^-1时，齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小；牵引电机悬挂节点阻尼为0.1～40.0 kN·s·m^-1时，转向架部件振动有效值较小，阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微，且车辆安全性及平稳性指标较优。     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

牵引电机振动对构架疲劳强度的影响

为分析造成地铁车辆动力转向架牵引电机吊座附近区域出现疲劳裂纹的原因,用有限单元法分析了构架的疲劳强度.结果表明:电机吊座附近区域的应力主要受电机垂向振动载荷影响,电机垂向振动载荷增大不影响节点平均应力,但使其应力幅值增大.垂向振动加速度从1g增大到10g时,考察点应力幅值增大约1.5倍,安全系数由2.68降低至接近1.00.在标准规定的水平振动加速度范围内,构架节点安全系数无变化.     

基于盲源分离的电机振动数据处理

运用盲源分离技术对混叠的电机振动信号进行分离,得到分离后的电机振动数据．用分离后的数据进行电机故障诊断可以有效地降低其复杂性,提高故障诊断的准确性．分离前后的电机振动数据功率谱图分析对比表明,盲源分离技术可以有效地对采集的电机振动数据进行分离,得到相对独立的振动数据．     

防振锤抑制吊索涡激振动的优化设计方法

作为一种减振装置,防振锤常被应用于吊索减振,然而,目前依然缺少防振锤抑制振动的相关设计方法。用能量平衡方法推导出吊索 防振锤系统的理论模型;针对吊索使用中常见的涡激振动问题,以某下承式拱桥的两根吊索为例,提出防振锤抑制振动的具体设计方法。研究结果表明,防振锤可有效降低吊索的振幅,满足吊索的减振要求。该设计方法可满足实际工程中使用防振锤抑制吊索涡激振动的需要。     

组合载荷作用下动车牵引电机转子系统弯扭耦合振动特性

为了研究组合载荷作用下动车组用牵引电机转子弯扭振动机理和识别典型故障特征, 依据动车牵引电机结构特点, 将其转子结构离散化为集总质量盘轴系统, 得到了电机转子系统的10自由度弯扭力学模型; 考虑定转子静动气隙偏心引起的不平衡磁拉力、转子质量偏心引起的机械不平衡力、转子重力以及电机驱动转矩和负载转矩等径向和扭转载荷作用, 利用拉格朗日方程法建立了牵引电机转子系统弯扭耦合运动微分方程; 基于Runge-Kutta法求解和分析了不同组合载荷工况作用下的转子系统弯扭振动特性。分析结果表明: 由转子质量偏心造成的系统弯扭自由度耦合关系, 使得牵引电机转子系统的弯扭振动特性受到转子径向和扭转载荷的共同影响, 且影响规律符合转子质量偏心耦合规律; 在全部径向和扭转载荷作用下, 牵引电机转子的径向振动包含零频、转频、二倍转频、弯振固有频率、二倍供电频、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率与转频组合等频率成分, 其中转频成分对应的弯振幅值最大, 而脉动转矩频率与转频的组合频率的振幅非常小, 说明脉动转矩对牵引电机转子径向振动的贡献并不明显; 在全部载荷作用下牵引电机转子的扭转振动包含转频、二倍转频、弯振固有频率与转频组合、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率等频率成分, 其中脉动转矩频率成分对应的扭振幅值最大, 其次由重力和不平衡磁拉力引起的转频成分对应的扭振幅值也较大, 且基本具有同一数量级, 表明它们对扭振的贡献均不能忽略。      

时速250km动车组牵引电机可靠性建模及置信度评估

为研究牵引电机的可靠性,深入分析时速250km中国标准动车组牵引电机的结构及控制逻辑,提出牵引电机在设计阶段的可靠性建模方法.基于相似产品法对牵引电机及其关键零部件进行可靠性预计,建立基本可靠性模型,计算整机故障率;依据整车控制逻辑及用户对故障定义分类,建立任务可靠性模型,评估可靠性是否满足用户要求;采用齐次泊松分布法评估满足可靠性要求的置信度.评估结果表明:动车组牵引电机满足用户可靠性目标要求,且置信度在99％以上,采用文中方法对牵引电机进行可靠性建模及评估具有指导意义.     

轨道车辆永磁直驱技术综述

概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况，归纳了永磁直驱转向架的结构形式，讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形，分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性；针对轨道车辆应用，从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的结构设计与优化方法，分析了传统的牵引电机控制策略，讨论了模型预测控制技术和无位置传感器控制技术的研究现状及其用于永磁直驱电机的可行性和存在的问题；总结了轨道车辆永磁直驱技术的现存问题并展望了其未来发展方向。研究结果表明:刚性抱轴式永磁直驱结构紧凑，但电机受轮轨振动影响较大且增加了列车簧下质量，仅适用于低速轨道车辆；高速轨道车辆直驱技术宜采用弹性架悬式直驱结构，但需要进一步研究永磁牵引电机和直驱转向架的弹性连接方式和最优匹配参数，优化簧上、簧下质量分布；内置式永磁直驱转向架可缩短车轴长度和减少轴距，具有质量轻、动力特性好等优势，较适用于复杂的地形环境应用；需要研究更为快速准确的永磁电机故障在线诊断、预警与抑制方法，可结合基于故障诊断及预测的智慧运维技术，为车辆提供维修决策建议；需对永磁直驱电机定子、转子拓扑结构进一步优化，并提出更为有效的冷却结构及精确的温升计算方法；传统矢量控制与直接转矩控制难以兼顾高转矩动态响应和低转矩脉动，模型预测控制因其结构简单、动态响应快等优点，较适用于轨道车辆这类低开关频率大功率应用，但仍需进一步研究以降低其运算负荷并提升其稳态性能；无位置传感器技术可节省电机内部空间体积，且能防止编码器故障带来的可靠性问题，适用于内部空间狭小的直驱转向架，现有中高速无位置传感器技术已具有较好的性能，零速和低速下采用高频信号注入法虽能实现较准确的位置估计，但其对电机控制性能带来的一系列不利影响还需要进一步研究。      

基于单片机的激振电机调速系统研究与开发

针对基于工控机的振动时效装置中激振电机的转速调节问题,设计了一套用于永磁直流激振电机的调速系统。该系统以AT89C52单片机为核心,利用PID调节器对转速进行控制。经测试,该系统稳定、可靠,且能满足精度要求,能配合永磁直流激振电机在振动时效中发挥作用。     

半穿武钢桁梁桥横向振动TMD阻尼减振研究

针对我国既有铁路常见的半穿式钢桁粱桥的振动特性，建立了车-桥-TMD系统耦合振动方程，对采用多点调频质量阻尼器抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动的阻尼减振方案进行了仿真计算。结果表明：TMD能有效的抑制铁路半穿式铁路钢桁梁桥的横向振动。     

列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述

为深化对地铁车辆段与上盖建筑环境振动影响因素的认识,从振源特点、控制标准、传播规律、预测方法及减振措施这5个方面系统回顾了工程实践和研究成果,并探讨了目前存在的问题与后续研究的方向。研究结果表明：现有地铁车辆段与上盖建筑环境振动评价与控制标准不统一,有必要在现行标准的基础上对车辆段进行合理分区,制定科学、统一、合理的标准;上盖建筑振动来源于与轨道不同距离的承重结构能量的叠加,振动量级取决于振动源强、土与建筑结构的耦合损耗以及上部转换结构的能量衰减;从合成振级上看,振动随楼层的变化并非单调增减;从分频振级上看,低频段振动在不同楼层体现出整体振动的特点,在峰值频率以上的高频段随楼层的增大呈衰减趋势;振源随机性、土与结构接触的不确定性、上盖建筑结构的振动传播特性等因素均对振动在建筑内的传播规律有较大影响,也是决定环境振动预测方法准确性的关键因素;应根据车辆段振源特点对其进行分区,对工程设计不同时期进行分段,进一步研究振动传递路径清晰且便于高效应用的上盖建筑振动预测方法;车辆段减振措施设计主要依赖振源处减振,传播路径隔振和敏感目标自身隔振技术的研究与应用明显不足,有必要研究传播路径永久性隔振措...     

列车牵引计算分析及仿真

阐述了列车牵引计算的基本原理,给出了牵引系统各参数的计算公式,并通过在每个速度区建立的电机牵引力、电机电流和电机电压对速度的数学模型,动态分析了运行中各点的情况.最后以哈尔滨地铁1号线项目为例对反映列车运行性能的各个指标进行了计算和仿真,并进行了牵引电机的选型,项目执行结果证明了选型的合理性.     

50m冷海水运输船振动及减振分析

对50 m冷海水运输船振动及减振问题进行分析,从船舶振动评价标准、振源以及减振措施等方面概述了船舶工程中振动的预报和评估的各种应对技术以及国内外的研究进展.基于理论与数值分析,对船舶结构的激励源、振动形式及固有频率进行了探讨.针对50 m冷海水贝类运输船甲板出现的有害振动问题,结合船舶实测数据,提出了相应的结构减振的修...     

无速度传感器的动车组牵引电机控制算法

针对目前动车组牵引电机的控制算法中速度信号的获取方法在工艺安装、电磁兼容以及可靠性等方面存在难度的问题,提出了一种基于无速度传感器的动车组牵引电机控制算法,摆脱了原有控制算法中对速度信号的依赖,即通过建立转子磁链观测模型和转速估计数学模型,对动车组的牵引电机进行矢量控制,仿真结果表明,该算法能得到良好的控制效果.     

基于遗传算法的分数阶PI^λD^μ控制器参数分级整定

针对交流电机振动抑制问题,提出基于遗传算法的分数阶PIλDμ控制器参数分级整定策略. 通过遗传算法对整数阶PID控制器整定,获得一组控制参数;固定这组控制参数,再利用遗传算法对分数阶PIλDμ控制器进行阶次寻优. 仿真结果表明,在PID控制器三系数不变的条件下,通过调整控制器的积分与微分阶次,分数阶PIλDμ控制器与整数阶PID控制器相比,动态性能指标均有所改善;所提出的分级整定策略对分数阶PIλDμ控制器参数确定是有效的. 在不增加任何系统结构复杂性的前提下,改善了交流电机的振动抑制特性.     

基于遗传算法的分数阶PI~λD~μ控制器参数分级整定

针对交流电机振动抑制问题,提出基于遗传算法的分数阶PIλDμ控制器参数分级整定策略.通过遗传算法对整数阶PID控制器整定,获得一组控制参数;固定这组控制参数,再利用遗传算法对分数阶PIλDμ控制器进行阶次寻优.仿真结果表明,在PID控制器三系数不变的条件下,通过调整控制器的积分与微分阶次,分数阶PIλDμ控制器与整数阶PID控制器相比,动态性能指标均有所改善;所提出的分级整定策略对分数阶PIλDμ控制器参数确定是有效的.在不增加任何系统结构复杂性的前提下,改善了交流电机的振动抑制特性.     

车辆段上盖开发轨道振动噪声控制技术研究

在总结地铁车辆段上盖开发振动与噪声特点的基础上,调研了全国多个城市车辆段上盖开发采取的措施,并对车辆段减振降噪控制措施使用的条件进行了研究。建议库内线首选控制车速不大于5km/h 和焊接接头的措施,困难时考虑采用在结构下部铺设减振垫或者减振扣件类措施;库外线首先考虑道砟加厚措施和减振接头夹板措施,困难时考虑采用铺设梯形轨枕或者减振垫,道岔区考虑采用加厚减振垫;试车线首选减振垫,困难时考虑采用钢弹簧浮置板。建议后期上盖开发工程充分考虑上盖振动及噪声影响区域,统筹考虑上盖开发的业态分布,采取综合的减振降噪措施,在工程实施中分阶段采取减振降噪措施,并对目前的道岔区有害空间的振动噪声进行优化。     

半穿式钢桁梁桥横向振动TMD阻尼减振研究

针对我国既有铁路常见的半穿式钢桁梁桥的振动特性,建立了车—桥—TMD系统耦合振动方程,对采用多点调频质量阻尼器抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动的阻尼减振方案进行了仿真计算,结果表明:TMD能有效的抑制铁路半穿式铁路钢桁梁桥的横向振动。     

上、下行两桥连接抑制桥梁横向振动理论研究

通过数值计算，从理论上对上、下行两桥连接抑制桥梁横向振动的效果进行了深入的研究。结果表明，两桥连接之后桥梁横向振幅将明显减小（减振率接近５０％）。此项研究，在列车提速过程中，为抑制类似桥梁的横向振动提出了一种简便而有效的方法。     

电机速度控制技术用于磁浮交通的分析研究

上海磁浮示范运营线,引进德国常导长定子磁浮系统技术。磁浮轨道作为定子系统,列车是高速运行的转子,牵引控制系统对列车速度进行控制,因此磁浮交通是个巨大的直线电机系统。关键词：关键词磁浮列车,定子,直线电机,矢量变换