高速动车组半主动横向减振系统研制

为提升高速动车组在既有客运专线和高速线路之间跨线运行时的车辆运行稳定性和乘客乘坐舒适性，文章基于H∞控制设计研制了一种半主动横向减振系统，该系统主要由控制器、减振器、车体加速度传感器、活塞位移传感器组成。为了验证半主动横向减振系统的性能，将其搭载于某高速动车组进行整车滚振试验，通过施加武广线路谱和胶济线路谱激励，测试车辆在不同速度级下的车体横向振动控制效果。试验结果表明，半主动横向减振系统可以有效衰减车体的横向振动，尤其是0.5～3 Hz的低频振动，幅值可衰减50%以上。     

提速线路轨道不平顺不利波长的研究

研究目的:轨道不平顺是引起车辆与轨道结构产生振动的主要激励源。不同种类的不平顺,其激扰方向和影响程度各不相同,而且轨道不平顺的幅值和波长对车辆/轨道动力特性都产生重要影响。因此,从幅值和波长两个方面揭示轨道不平顺特征的功率谱密度进行研究,可更全面研究车辆的振动性能。研究结论:本文通过分析武九线实测的轨道不平顺数据,得到武九线线路不平顺功率谱分布函数。根据测得的车体振动加速度,将不种类的轨道不平顺与车辆的振动加速度进行相干分析,得到了引起车辆较大振动加速度的最不利波长。     

基于归纳谱的单轴单轨转向架二系悬挂系统特性研究

从车辆动力学和振动传递两方面研究了跨座车二系悬挂系统对于整车垂向平稳性以及减振效果的影响。首先建立了车辆动力学分析模型并进行了仿真计算，研究了沙漏弹簧对于车辆垂向运行平稳性指标的影响，给出了沙漏弹簧最佳刚度和阻尼系数。其次，采用归纳谱的方法对实测车辆振动数据进行了归纳处理，并进行了二系悬挂分层传递率的计算，对二系悬挂系统特性进行了减振综合评价。计算结果表明，二系悬挂系统垂向分层传递率波动较大，高频存在振动放大情况；横向分层传递率较为稳定，横向振动能量得到较好的衰减。     

轨道不平顺随机性对高速铁路桥梁动力响应的影响

轨道不平顺是车桥耦合系统中最主要的激励源.既有车桥耦合振动研究通常采用时频转换法将规范轨道谱变换为空间随机序列,以此体现轨道不平顺的随机特征.然而,实际线路中的轨道谱具有显著的随机性,亟待开展考虑轨道不平顺全概率特性的车桥耦合系统随机振动研究.依据车辆、结构动力学理论,在合理构造车辆、有砟轨道、桥梁子系统模型及表达其相...     

车辆随机振动的协方差分析方法

随着车辆行驶速度的提高，旅客舒适度和行车安全性受到损害。为了有效分析这一问题，在车辆动力学的基础上引入激励成型滤波器和感觉成型滤波器，将“路－车－人”三者耦合成为一个整体动力学系统，建立完整的理论计算模型，对轨道不平顺，线性及非线性车辆模型及振动对人作用产生的感觉进行综合分析。轨道几何不平顺为平稳的正态分布和各态历经的随机变量。用多刚体系统动力学推导车辆系统运动方程。以协方差分析法在时域进行理论建模分析。引入感觉成型滤波器产生输出信号以评这振动对人体反应程度。通过求解里雅普诺夫方程直接得出有关重要参数的方差值。因为是求解线性代表方程组，计算速度快，免去频率分析法需要对谱密度函数进行积分的困难，适用于非线性及时变系统的分析，适于应用现代控制理论进行车辆系统动态特性（包括舒适度及安全性）的控制，对多输入和多输出实定量分析与综合性能控制，可有效分析高速车辆动力学特性。     

车辆振动加速度响应分析的速度—频域方法

为直接从车辆振动加速度响应中提取车辆特性和车辆激励特性,引入车辆速度参量,构成系统响应—特性—激励关联方程组;由空间输入功率不变的物理特性得到并论证车辆激励特性随车辆速度变化的频域数值规律:激励频率与车辆速度成正比,随机激励加速度等效功率谱与车辆速度的3次方成正比,周期激励加速度等效功率谱与车辆速度的4次方成正比;车辆特性随车辆速度变化较小,即使发生蛇形,只要振动传递路径不发生变化,轮对以上部件间的振动传递关系也基本与车辆速度无关.据此,给出车辆加速度响应分析的速度—频域方法,通过对速度—频谱和速度—名义传递三维图中基本不随车辆速度变化、随车辆速度线性变化和高速低频区突变3类局部峰值的识别,实现对系统响应—特性—激励关联方程组的工程求解.运用结果表明:该方法有效实现了车辆特性与车辆激励的解耦及耦合分析.     

基于格林函数法的车辆—轨道垂向耦合系统随机振动分析

视钢轨为弹性欧拉梁(Euler梁),建立离散支撑弹性轨道模型,并采用格林函数法得到全频域范围内轨道上任意点处的频率响应;结合高速车辆模型,视车辆和轨道系统为线性弹簧阻尼系统,轮轨接触为线性刚性接触,采用基于虚拟激励法的轮轨接触多点激励,以真实轨道谱为输入,计算车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应,并分析不同高速轨道谱和车速对车辆—轨道垂向耦合系统随机振动的影响。结果表明:采用格林函数法可快速求解无限长离散支撑弹性轨道模型的频响特性;分析振动频率在15 Hz以上的车体及构架振动时,采用离散支撑弹性轨道模型较传统的刚性轨道模型更为准确;计算车辆—轨道垂向耦合系统的振动能量时,在15~60Hz的中频区域内,采用离散支撑弹性轨道模型得到的计算结果要高于传统的刚性轨道模型,而在高频区域内则相反;车辆—轨道垂向耦合系统的随机振动响应对轨道谱类型和车速均较为敏感。     

随机轮轨力作用下基于2.5维离散支撑模型的轨道垂向振动分析

针对轨道随机不平顺引起的钢轨高频振动响应问题,建立2.5维有限元离散支撑轨道动力学实体模型.首先结合高速车辆模型建立耦合系统垂向振动模型,进而基于虚拟激励法得到由轨道不平顺引起的动态轮轨力功率谱;然后基于2.5维离散支撑轨道数值模型,将动态轮轨力功率谱作为激励,得到轨道系统的随机振动响应.通过与格林函数结果对比,验证了...     

铁路车辆振动状态的试验模拟与特征分析（上）

应用多通道激振试验系统，采用“阻抗矩阵”法对铁路车辆的振动状态进行试验模拟，可再现车辆在线路上运行时的状态。利用模拟试验和振型试验，测试和分析车辆各部振动的相关性和传递函数，确定车辆的振动特性、固有频率和阻尼，可对车辆的振动性能作出评价。     

高速客车车轮不圆对车辆振动影响的分析

针对高速车辆轮对不圆的状况,对车轮的不圆度水平和车辆系统的振动进行了测试,并分析了车轮不圆水平与车辆部件振动之间的关系。研究表明,车轮高阶不圆对走行部的振动存在明显的影响,18阶、19阶多边形的冲击振动频率在轴箱和电机处存在明显的频谱特征。     

简支板桥在车辆荷载谱作用下的动力学分析

由自编程序VLS(Vehicle Load Spectrum)构造随机车辆荷载谱,利用有限元程序将密集运行状态下的随机车辆荷载谱加载于钢筋混凝土简支空心板桥上,模拟桥梁在车辆荷载通过时的动力响应,分析了桥梁不同位置在车辆荷载作用下的反应,得出了位移时间历程曲线和加速度时间历程曲线。分析表明车辆荷载作用下桥梁整体振型复杂,最大位移不完全发生在跨中节点处,危险点存在于跨中一段范围内,且不同板块振动情况差别较大,中间板块由于边缘板块的约束作用而振动较弱。     

铁路货车振动试验台轨道激扰信号创建方法研究

对车辆进行振动性能试验是为分析车辆的运行平稳性等动力学指标。介绍在铁路货车车体疲劳与整车振动试验台上创建轨道激扰信号的2种方法。一种是基于实测轨道激扰的输入方法,采集车辆在线路运行时轴端等部位的振动响应数据,通过迭代的方法在试验台再现振动响应信号,求得试验台上的时域激扰信号。另一种是应用轨道不平顺特征的轨道谱拟合公式,经过反演求得各级轨道谱的时域波形。分析2种方法的优缺点,为实际使用时进行方法选择提供依据。     

轨道刚度对车辆-轨道系统频率响应的影响

研究目的:目前,轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统频率响应的影响规律尚不明确,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,以既有提速线路为例,从频率角度,研究轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统振动响应的影响。研究结论:(1)轨道刚度的变化,对车体、转向架的振动影响较小,对轮对及轨道结构的振动影响较大;轨道刚度的增大,对27 Hz以下的低频振动基本无影响,27~70 Hz之间的中低频振动略有降低,100 Hz以上的中高频振动显著增大;(2)随扣件刚度的增大,轮轨力谱以及轮对、钢轨振动加速度谱的最大值均显著增大,且振动频率有向高频发展的趋势;(3)随道床刚度的增大,频率响应谱的最大值变化相对较小,轮轨力、轮对、钢轨和轨枕的振动频率向高频移动;(4)总体上看,扣件刚度对耦合系统振动响应的影响较大,在线路维修时应及时更换恶化的扣件系统,道床刚度变化的影响相对较小,其维修周期可适当延长;(5)该研究可指导轨道结构的优化设计以及轨道的养护维修。     

桥面不平顺对大跨度斜拉桥车激振动的影响

考虑车辆荷载作用下桥梁结构的动力响应是现代桥梁设计中的重要内容之一。以润扬长江大桥北汊主桥为工程背景,建立了桥梁结构动力分析有限元模型和车辆的多刚体动力学模型。基于路面不平顺的功率谱密度函数,用三角级数法对桥面不平顺进行了数值模拟。分别建立了车辆和桥梁两个子系统的振动微分方程,借助于两个子系统之间力和位移的协调条件,用Newmark-β法求解车桥系统的振动微分方程,分析桥梁结构的动力响应。计算结果表明,随着桥面不平顺程度的增加,桥梁结构主跨跨中动位移、动弯矩和动剪力均逐渐增大,桥梁塔顶纵向振动位移和主跨最外侧拉索动应力也逐渐增大,且增大幅度越来越显著。     

车辆-轨道-桥梁竖直耦合振动程序设计及仿真

为研究轨道交通车辆经过高架桥时的动态特性,以弹性支承块式无砟轨道为例,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-轨道-桥梁耦合系统的竖向振动矩阵方程,利用MATLAB软件编写了计算程序。数值算例验证了计算程序的可靠性。通过改变系统参数,探索了轨道不平顺、车辆速度和轨道结构竖向刚度对系统竖向振动响应的影响。结果表明:轨道振动频率分布在0~500 Hz范围内,以20 Hz以内的低频振动为主;桥梁振动频率分布在0~200Hz范围内,以一阶竖向弯曲振动为主;轨道不平顺所产生的轮轨高频冲击力可达轴重的3倍,是车辆-轨道-桥梁耦合系统重要激励源之一;轮轨力和轨道加速度响应对车速的变化敏感,车辆-轨道-桥梁耦合系统位移响应对车速的变化不敏感;扣件和支承块胶垫竖向刚度应根据设计要求在40~80 k N/mm之间进行合理匹配取值。     

轨道高低不平顺敏感波长的分布特征及其影响因素的研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用频率分析方法计算轨道高低不平顺与车辆-轨道垂向耦合系统之间的传递函数。根据车辆-轨道耦合系统的振动传递特性得出轨道高低不平顺的敏感波长,并分析其分布特征,进一步探讨行车速度、车辆悬挂参数、轨道参数对敏感波长的影响。结果表明:基于车辆-轨道耦合系统的振动传递特性,可得出轨道不平顺的敏感波长;车体、转向架振动加速度的敏感波长不随车速的增大而递增,而由车速的增大速率与敏感频率移动速率的比值决定的;轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随车速的增大近似呈线性增大;适当增大车辆系统的悬挂刚度和阻尼有利于减小高低不平顺的最大敏感波长范围;轨道刚度和阻尼对车体、转向架振动加速度的敏感波长几乎无影响,但轮对加速度、轮轨力和轨道结构振动加速度的敏感波长随轨道刚度和阻尼的增大而减小。     

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.     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰，也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响，采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型，将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入，通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好，移动单元模型准确可靠；轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响，随着幅值增大和较短波长成分增加，轨道位移和轮轨接触力明显增大，其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响；此外，较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

车辆-道岔系统横向振动特性研究

就１２号可动心轨式单开提速道岔，建立了较为详细的车辆－道岔空间耦合振动模型，在此基础上模拟计算了客、货车侧向过岔时车辆与道岔系统的横向振动特性。结果表明，车辆侧向过岔将引起整个系统在横向上发生比较大的振动，尤其２是在道岔转辙区和心轨区位置。