高速动车组车下设备悬挂系统的解耦优化设计方法研究

基于动力吸振理论,优化设计高速动车组车下设备固有频率,并研究车下设备耦合振动对车体振动性能的影响及其机理。随后分别提出了两种车下设备悬挂系统的解耦优化设计方法——正向解耦法和逆向解耦法。以解耦度和最优频率为优化目标,以橡胶元件三向刚度为约束条件,优化设计了橡胶元件的三向刚度。两种优化方法对比分析表明,车下设备以浮沉振动为主的振型均可获得良好的解耦度,振型频率可保持在最优设计频率附近,悬挂系统减振效果明显。与正向解耦法相比,逆向解耦法计算速度较慢,但设计效果更好,减振效果更佳,在实际运用中,可根据具体的计算速度与设计效果要求,合理选择解耦优化方法。     

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。     

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。