基于钢轨模态振动的车轮高阶多边形研究

基于线路动力学试验数据,分析了具有高阶规则车轮多边形磨耗车辆转向架各部件振动水平及振动传递关系,给出车轮多边形磨耗引起转向架异常振动典型的频率特征和多边形振动对相邻车轮的影响。基于铁木辛柯梁理论及传递矩阵法,推导转向架对钢轨作用时两轮对范围内钢轨模态振动方程,分析了钢轨模态振动特性,讨论了边界条件与温度对钢轨模态振动的影响。分析了引起车轮多边形化的振动频率的来源,利用哈大线、武广线的枕跨距离计算得到钢轨第三阶垂向弯曲主频分别与各自车轮多边形振动频率重合,为车轮多边形机理分析提供支撑。     

基于钢轨模态振动的车轮高阶多边形频率特性研究

基于线路动力学试验数据,分析具有高阶规则车轮多边形磨耗车辆转向架各部件振动水平及振动传递关系,给出车轮多边形磨耗引起转向架异常振动典型的频率特征,分析车轮多边形磨耗对车辆动力学性能的影响。基于铁木辛柯梁理论及传递矩阵法,推导转向架作用下两轮对范围内钢轨模态振动方程,分析其模态振动特性,为探寻车轮多边形磨耗产生机理提供支撑。讨论支承刚度对钢轨模态振动主频的影响,为工务部门维护轨道规避特定频率提供参考及依据。     

高速列车车轮多边形试验研究

针对车轮多边形磨耗对高速列车车辆振动的影响,进行实车跟踪、试验室模态测试,测试表明,转向架系统在580Hz左右存在显著的振动峰值,与转向架系统模态频率吻合;车轮多边形是轮轨耦合振动条件下的等频率分割造成的,它的形成与轮轨系统耦合振动息息相关,是轮轨关系恶化后的产物。     

对IEC 61373中模拟长寿命试验量级的分析

从疲劳损伤模型的选择上,对比分析IEC 61373《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》2010版和1999版中模拟长寿命试验量级的差异性,对IEC 61373:1999中试验量级高于IEC 61373:2010的原因给出理论依据和解释。认为IEC 61373:2010更加符合机车车辆实际运行环境,试验检测时可避免过度试验对设备造成的损坏。据此提出对机车车辆设备模拟长寿命试验量级的选择建议和对标准的修订建议。     

柔性轮对及车轮多边形对高速铁路轮轨系统动力响应的影响

基于刚柔耦合动力学理论建立柔性轮对车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，结合现场实测轴箱加速度验证了模型的可靠性。采用谐波叠加法模拟车轮多边形，对比了有无车轮多边形对轮对振动加速度的影响。在此基础上，分析了车轮多边形参数（如多边形阶次、幅值变化）对轮轨系统振动的影响。结果表明，车轮多边形将导致柔性轮对垂向加速度显著增大；与刚性轮对模型相比，柔性轮对及转向架的垂向加速度显著增大，此时多边形激振频率（674 Hz）成为影响其垂向振动的主要因素；轮对垂向加速度随多边形阶次的增加先增大再减小，当车轮多边形阶次为20阶时，轮对垂向加速度达到最大值；钢轨垂向加速度随多边形阶次的增加而增大；轮对垂向加速度、钢轨垂向加速度随多边形幅值的增大而增大。     

高速列车车轮多边形动力学试验与仿真研究

国内某列动车组的车轮存在18阶和19阶的车轮多边形,为研究车轮多边形对车辆振动行为的影响,对该车进行了线路跟踪试验,对关键部件的振动加速度进行了测量和分析.以线路跟踪试验条件为基础,采用SIMPACK建立动力学仿真模型,输入实测数据,从时域和频域方面对比线路试验与动力学仿真获得的各个关键部件的振动数据,并比对结果差异,分析产生的原因.结果 表明:构架垂向加速度的线路试验数据略大于仿真数据,轴箱垂向加速度总体差距较小;仿真和线路试验构架振动能量均集中在540 Hz左右,仿真试验轴箱振动能量集中在527 Hz左右,线路试验轴箱振动能量集中在542 Hz左右,均接近由19阶车轮多边形引起的振动频率(547.81 Hz),且两者振动能量起伏趋势大体相似.说明仿真试验基本可以还原线路试验,且能较为准确地反映车轮多边形对车辆振动行为的影响.     

基于实际线路工况的地铁车辆牵引电机振动数值分析研究

通过对某型地铁车辆牵引电机开展振动线路测试,获取了车辆运行过程牵引电机的振动数据。并与IEC 61373标准进行对比分析。分析结果表明:牵引电机实际振动数值低于IEC 61373标准的规定数值,但是冲击量级在横向略高于标准值。分析结果可为电机优化设计提供指导,为IEC 61373标准的修订提供参考。     

基于模态应力的转向架关键悬挂件振动疲劳研究

通过建立构架关键悬挂件振动疲劳分析模型,采用模态叠加法,获得基于模态应力的构架关键悬挂件应力功率谱,并推导出结构应力的概率分布函数,并以IEC 61373标准谱和实测加速度谱为激励,利用线性疲劳损伤准则获得结构振动疲劳寿命。研究结果表明:关键悬挂件结构在IEC 61373三向加速度各激励5 h后,疲劳累积损伤值最大为1.58;在实测武广线加速度激励下,疲劳寿命为297万km;基于模态应力的分析方法能够有效地考虑激励频率与结构自身频率的振动关系,进而获得更准确的疲劳寿命。     

高速列车车体与动力包设备耦合振动分析

为研究车体与动力包结构耦合振动特性,计算车体固有模态以及低阶振型,建立了包含车下吊挂动力包的城轨车辆刚柔耦合振动模型,优化分析了动力包结构吊挂参数对车体振动特性的影响。计算结果表明:车体一阶弯曲频率对车辆垂向性能的影响要大于二阶弯曲频率。将动力包的振动以周期激励形式输入模型,当激振频率达到9.5 Hz和16.5 Hz时分别与车体的一阶和二阶弯曲频率相叠加,在此频率下车体的平稳性指标迅速恶化,因此在车辆设计过程中应尽量避免发生该频率下共振。     

HXD1型电力机车脚蹬断裂问题分析与试验

阐述了电力机车脚蹬断裂原因调查的过程及结果。一台振动异常的机车被选来做试验,在试验过程中机车运行状态与正常运行一致。车轮镟修前、后,均对机车的车轮不圆度以及关键零部件包括脚蹬、轴箱和构架的振动进行了测试。试验结果表明,车轮存在12~19阶多边形,1/3倍频程中心波长为200 mm。镟轮不能完全消除车轮的多边形特征,在镟轮后车轮仍然存在16~19边形特征。振动测试显示,镟轮前脚蹬、轴箱和构架存在相同的振动主频,频率与多边形通过频率接近。脚蹬纵向在70~90 Hz范围内存在固有振动,车速在50~80 km/h范围内时,车轮多边形的通过频率与脚蹬70~90 Hz的固有频率一致,引起脚蹬共振,是导致脚蹬断裂的主要原因。     

两侧半铺减振垫浮置板轨道设计及振动特性研究

为了改善减振垫浮置板轨道的减振效果，基于定性理论分析，通过优化设计，提出了新型的两侧半铺减振垫浮置板轨道，并制作足尺模型，采用落锤激振方法对其振动特性进行了测试及分析。结果表明：适当减小减振垫铺设面积可以提高浮置板轨道的减振性能，降低隔振频率，优化后其固有频率从31.9 Hz降至26.6 Hz；采用不同落锤进行激振试验得到的振动响应均与现场实测结果有一定差异，其中自动落锤的响应频带与实测结果相对接近，可以在一定程度上模拟实际工况下轨道结构的振动；在实际工况中振动响应最大的100 Hz频率处，相比于非减振轨道，两侧半铺减振垫浮置板轨道在底座板处的振动插入损失约为8 dB，减振效果显著。     

高速动车组车轮多边形影响因素及抑制措施研究

在总结国内外车轮多边形研究的基础上,调查了高速动车组车轮多边形情况,并对测试车轮的多边形数据进行统计分析,从车轮多边形与运行速度、运行线路条件、车辆结构等角度进行系统研究,查找容易产生车轮多边形的影响因素。研究车轮多边形对车辆振动的影响,选择存在车轮多边形车组进行镟修前后的对比测试发现,当车轮存在多边形时前后轮对容易形成拍振,造成轴箱振动加剧;研究降低车轮多边形对乘坐舒适性、转向架可靠性造成的影响,对比不同多边形幅值与车辆振动的对应关系;从抑制多边形角度进行了镟修工艺优化,通过控制驱动轮径跳、增加顶镐装置、实施双刀镟修等手段消除运营过程中出现的多边形;研究调整车轮材料、车轮实施滚压等方式,增加车轮强度,降低车轮磨耗,延缓多边形发展;研制了踏面研磨装置,在运营过程中施加以消除多边形,并改善踏面凹形磨耗;针对车轮多边形的成因较多无法彻底消除车轮非圆化的现状,可利用轨道检测装置检测车辆车轮状态,在车轮多边形影响车辆振动之前及时进行维护。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

等效锥度对120km/h地铁车辆横向稳定性影响研究

基于目前120 km/h B型地铁车辆在实际运营中出现车轮等效锥度较大的情况,借助Simpack动力学仿真软件,建立车辆多体动力学模型,还原了目前车辆在实际运营中车轮磨耗后出现的异常振动。仿真发现,车辆在车轮等效锥度为0.5时,车体存在因转向架蛇行造成的5.5 Hz振动频率和因车体上心滚摆模态被轨道不平顺激发造成的2.5 Hz振动频率,因此造成车体横向平稳性指标过大。通过对悬挂参数分析发现,适当增大一系横向定位刚度可有效降低车轮等效锥度较大时的车辆横向平稳性指标。     

中低速磁浮列车转向架固有特性分析

由轨道不平顺造成轨道与转向架之间的电磁力出现的振荡,会对运行中的中低速磁浮列车转向架产生激振,当激励频率与转向架固有频率相同或相近时会影响其运行寿命,严重时将影响列车正常运行。针对中低速磁浮列车出现的振动问题,分析了转向架结构固有特性对解决振动问题的重要性。通过仿真分析和锤击试验法正确获取了转向架固有特性并进行了分析,并根据分析结果对结构进行优化,有效避免了轨道不平顺的影响。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性。基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多边形发展的影响。结果表明:随着车辆运行速度增大,最终形成的车轮多边形主导阶次逐渐减小,但产生的激励频率始终在550~600 Hz之间,验证了“频率固定”机理的可靠性;对比分析柔性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨、刚性轮轨4种工况下车轮多边形的发展过程,发现钢轨模态的振动特性对于高阶车轮多边形的产生具有一定的促进作用;增大扣件的刚度可抑制高阶车轮多边形的产生和发展,而增大扣件阻尼则可抑制车轮多边形整体的发展速度。     

实施国家标准《轨道交通 机车车辆设备冲击和振动试验》的探讨

GB/T 21563—2018《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》修改采用IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》,同时引用了IEC 61373:1999 《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》中的加速度比例系数,即GB/T 21563—2018中有2种模拟长寿命振动试验量级,执行标准时需要根据实际情况裁剪使用加速度比例系数。通过梳理动车组、机车、客车、货车及地铁车辆等相关标准中引用冲击和振动试验标准的情况,分析试验频率、加速度有效值等易引起争议的参数,为用户、制造商及试验机构编制冲击和振动试验大纲提供参考。     

车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配分析

为研究车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配关系,首先对某动车车体进行静态台架模态试验,识别车体固有模态参数;然后在某线路上测试车体振动加速度,识别车体在各互功率谱峰值处ODS变形。通过理论计算车轮滚动频率与某高阶变形频率接近,该频率下车体变形为车轮滚动激励所导致;在速度250km/h,轨道板激励频率与车体1阶垂弯频率接近,车体1阶垂弯变形被轨道板激励频率激发,车体能量较大,垂弯振动较为剧烈,车体中部和转向架上方地板振动较大。轨道板激励导致车体强迫共振。     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.