高速车辆抗蛇行减振器可切换模糊控制研究

针对高速列车存在的横向稳定性与曲线通过性能相互矛盾的问题,提出一种可切换模糊半主动控制算法,所建立的控制模型可辨别曲线轨道和直线轨道两种情况,并将抗蛇行减振器活塞速度与理想值的偏差以及偏差变化率作为模糊控制输入变量,对抗蛇行减振器阻尼特性进行调节,改变了传统减振器阻尼特性固定的模式,以适应更多线路几何条件的变化;然后通过SIMPACK软件建立某型高速列车的车辆动力学模型并与Matlab/Simulink建立的控制算法进行联合仿真。仿真结果表明:高速车辆抗蛇行减振器应用可切换模糊控制策略要优于单一切换控制和被动悬挂控制模式,在大大提高车辆直线运行横向稳定性的同时,也保证了车辆具有良好的曲线通过性能。     

高速动车组横向稳定性问题研究

高速动车组的横向稳定性关系到旅客的乘坐舒适度甚至安全性。总结多年以来的高速铁路运用经验,通过理论研究、仿真分析和运用试验等,研究了高速动车组横向稳定性问题的产生原理、影响因素和解决措施。经分析可得,抗蛇行减振器动态刚度等参数对车辆横向稳定性影响较大;车轮踏面磨耗后,在局部线路位置与不饱满轨头匹配不良是引起转向架高频蛇行振动的主要原因,通过定期维护车轮和钢轨状态,可以有效改善这一问题。     

减振器安装刚度对径向转向架机车横向动力学性能的影响

首先通过仿真软件SIMPACK建立了一种2C0径向转向架机车模型,在该模型中,分别考虑了一系抗摇头减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车横向动力学性能的影响。其中主要分析了上述3种减振器的端部安装刚度对机车横向平稳性、抗蛇行运动稳定性和机车的曲线通过性能的影响,并提出了相应的建议。     

基于3种典型踏面的高速转向架稳定性研究

在分析高速轮轨匹配特征的基础上,以350 km.h-1速度等级的CRH3动车组作为研究对象,应用线性稳定性分析方法绘制高速轮轨空间的稳定安全裕度3维图。线性稳定性计算表明:等效锥度越大,转向架蛇行振动固有频率越高,因而必须不断增强抗蛇行减振器的串联刚度。非线性稳定性仿真计算表明:抗蛇行减振器需要利用其动态液压刚度的非线性形成宽频带吸能特性,以满足衰减蛇行振动、控制蛇行振幅和权衡准静态曲线通过性能等要求。仿真计算得出的动车转向架横向加速度值与实际测试的加速度值相吻合。根据曲线踏面磨耗情况确定了CRH3动车组选用3个典型车轮踏面(XP55,S1002CN和LMA)可以达到的最高商业运营速度。     

抗蛇行减振器阻尼孔径变化对高速车辆动力学性能的影响分析

为研究抗蛇行减振器阻尼孔径变化对列车运行稳定性、平稳性、曲线通过能力的影响,通过阻尼孔的压力-流量方程得到减振器输出阻尼力与其阻尼孔径关系,在Matlab中建立减振器阻尼特性模型,分析抗蛇行减振器在不同阻尼孔径时阻尼特性的变化,将不同的阻尼特性曲线输入到Adams/Rail中,分别建立抗蛇行减振器阻尼孔径不同的高速车辆拖车整车模型,对不同抗蛇行减振器阻尼孔径的列车进行多工况分析。结果表明:在稳定性方面,抗蛇行减振器阻尼孔径的减小可以提高列车非线性临界速度。在平稳性方面,阻尼孔径的变化主要影响列车的轮轴横向力和横向平稳性指标,对垂向平稳性影响较小。在通过曲线时,脱轨系数和轮重减载率随着阻尼孔径的减小而降低,但变化不大。     

不同油液流动类型的抗蛇行减振器特性对比研究

为了保证铁道车辆能安全、稳定的运行,在车辆转向架上加装柔性的阻尼装置是通常的做法。在车辆的悬挂系统中,抗蛇行减振器对于车辆的稳定性起到了关键的作用。抗蛇行减振器就其结构而言有3种不同的形式:油液单向流动式、油液双向流动式和电磁阀控制式。通过对不同油液流动类型的抗蛇行减振器结构和工作原理的分析,建立它们的液压数值模型以及与车辆模型结合的联合仿真模型,通过仿真讨论抗蛇行减振器动态特性的区别以及对车辆稳定性的影响。结果表明油液单向流动式减振器拉伸、压缩特性大致相同,而油液双向流动式抗蛇行减振器拉伸、压缩特性对称率相对较低,同时随着相对位移速度的提高,这种不对称的情况愈加严重;在车辆动力学仿真结果中前者的联合仿真模型相对后者也表现出较小的波动,因此在使用油液双向流动式抗蛇行减振器的时候,应该尽量提高拉伸、压缩特性的对称率;同时选择合适的结构参数能有效改善车辆的动力学性能。     

减振器橡胶节点刚度对铁道客车系统临界速度的影响

建立考虑抗蛇行减振器和二系横向减振器橡胶节点刚度的铁道客车横向振动系统数学模型，通过变量变换得到便于数值积分求解的客车系统运动微分方程组，给出线性和非线性临界速度的近似计算方法。以1辆高速客车为例，比较考虑和不考虑减振器橡胶节点刚度情况下客车系统在直线和圆曲线轨道上临界速度的差别，重点研究抗蛇行减振器和二系横向减振器的橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响。结果表明：抗蛇行减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度有一定影响，而二系横向减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响较小；直线轨道上客车系统的线性和非线性临界速度大于曲线轨道上的值，且线性临界速度高出的值更大些；客车系统在直线轨道上的线性临界速度与非线性临界速度的差值也大于曲线轨道上的值。     

基于初态激扰法的铁道车辆蛇行运动不稳定极限环求解

针对铁道车辆蛇行运动分岔图中不稳定极限环通过整车动力学仿真求解困难的问题，提出直接积分求解不稳定极限环的方法——初态激扰法。该方法利用多体系统动力学软件Simpack建立高速列车动力学模型，采用Matlab软件对拟周期解进行动态加权调整后作为车辆系统主要部件的初始状态，在光滑轨道上时域积分获取刚体运动状态，在轮对横移幅值随运行速度变化的分岔图中绘制不稳定极限环及平衡点和稳定极限环，从而得到完整的车辆蛇行运动分岔图。以某高速列车为例，基于初态激扰法求解不同轮轨接触工况和抗蛇行减振器故障工况下蛇行运动分岔曲线。结果表明：新轮和磨耗轮工况的车辆蛇行运动分别对应Hopf亚临界分岔和超临界分岔行为，且磨耗轮工况下蛇行运动由亚临界分岔变为超临界分岔；不改变抗蛇行减振器阻尼仅减小卸荷力，对车辆Hopf分岔临界速度没有影响，但会降低车辆LPC (Limit Point Bifurcation of Circles)分岔临界速度并减小不稳定极限环的幅值，从而降低车辆横向稳定性。     

抗蛇行减振器特性与高速列车适应性分析北大核心

通过试验方法对我国高速列车用抗蛇行减振器特性进行了研究,分析其动态阻尼及动态刚度参数变化情况,在一定的幅值下,抗蛇行减振器动态刚度随着频率值增加而增加,而动态阻尼值随频率增大而减小。同时利用动力学仿真软件SIMPACK对高速列车进行了适应性分析,包括平稳性、车体最大横向加速度以及脱轨系数计算。仿真结果表明:抗蛇行减振器可以兼顾直线稳定性和曲线通过性能,验证了抗蛇行减振器在高速列车实际运用中的优越性和必要性。     

径向转向架机车的减振器端部安装刚度分析

采用仿真软件SIMPACK建立一种2C0径向转向架机车模型。在该模型中分别考虑了二系垂向减振器、二系横向减振器和二系抗蛇行减振器的端部安装刚度对机车动力学性能,如机车平稳性、临界速度和曲线通过稳定性的影响,提出了相应的设计建议。     

基于Ⅵ-Rail的高速动车组半主动协调控制仿真分析

为了提升高速动车组的运行品质,提出了一种二系横向、抗蛇行减振器半主动协调控制方法。首先利用VI-Rail软件建立动车组单车模型,然后对提出的半主动协调控制方法进行动力学仿真,并与被动控制下的列车运行品质进行比较分析,探究此半主动协调控制方法对高速动车组运行平稳性和曲线通过安全性的影响。仿真结果表明:采用半主动协调控制的高速动车组的各项性能指标均明显优于被动控制,而且有效缓解了列车运行平稳性和曲线通过性之间的矛盾,能很好地提升动车组的运行品质。     

抗蛇行减振器特性与高速列车适应性分析

通过试验方法对我国高速列车用抗蛇行减振器特性进行了研究,分析其动态阻尼及动态刚度参数变化情况,在一定的幅值下,抗蛇行减振器动态刚度随着频率值增加而增加,而动态阻尼值随频率增大而减小。同时利用动力学仿真软件SIMPACK对高速列车进行了适应性分析,包括平稳性、车体最大横向加速度以及脱轨系数计算。仿真结果表明:抗蛇行减振器可以兼顾直线稳定性和曲线通过性能,验证了抗蛇行减振器在高速列车实际运用中的优越性和必要性。     

高速动车组横向悬挂系统失效故障的诊断方法

针对现有基于Kalman滤波技术的故障诊断方法不能有效诊断高速动车组横向悬挂系统失效故障的问题,通过建立高速动车组横向悬挂系统动力学仿真分析模型对高速动车组横向悬挂系统失效故障的特征进行分析发现,高速动车组横向悬挂系统中抗蛇行减振器失效故障对0~10Hz频段内的转向架横向振动加速度信号敏感,二系横向减振器失效故障对0~2Hz频段内的车体横向振动加速度信号敏感;基于此,提出改进的基于Kalman滤波技术的失效故障诊断方法,用于高速动车组横向悬挂系统失效故障的诊断。用该改进方法对转向架横向振动加速度信号进行0~10Hz滤波、对车体横向加速度信号进行0~2Hz滤波,然后计算二者信号的综合新息加权平方和(WSSR),若该WSSR有突变,则表明高速动车组横向悬挂系统发生失效故障。仿真分析结果表明:在车速为300km·h-1速度级下,采用改进方法可以有效地诊断高速动车组横向悬挂系统抗蛇行减振器和二系横向减振器的失效故障。     

CRH2动车组车辆间减振器的最佳布置位置及动力学行为研究

以CRH2的动力学参数为基础,基于多体动力学软件Universal Mechanism建立了6动2拖8辆编组的动车组列车系统动力学模型。从列车的稳定性、平稳性和曲线通过性能3个方面考量,将无纵向减振器与有纵向减振器的两列动车组进行对比分析,研究表明,车辆间加装纵向减振器由于加强了车辆间的耦合作用,可提高列车的蛇行稳定性及非线性临界速度,但是,过大的阻尼和节点定位刚度会降低列车的曲线通过性能,增加轮轨磨耗;通过研究车辆间纵向减振器的不同安装位置对列车动力学性能的影响,确定了其最佳安装位置为车体底架端部左右两侧,与车钩中心线等高,横向跨距3.2m处。     

抗蛇行减振器串联刚度对高速动车组运行稳定性的影响

介绍了抗蛇行减振器的简化模型——Maxwell模型,采用SIMPACK软件建立某高速动车组拖车模型,基于非线性稳定性和线性稳定性分析,研究了不同一系纵向定位刚度和等效锥度下抗蛇行减振器串联刚度对临界速度的影响。研究结果表明,与不同的一系纵向定位刚度和等效锥度相匹配,抗蛇行减振器串联刚度对车辆系统稳定性的影响是有差异的,在不同一系纵向定位刚度和等效锥度下抗蛇行减振器串联刚度有不同的最佳值。     

服役转臂节点刚度对运营车辆动力学影响研究

运用SIMPACK软件建立CRH3型高速动车组模型,结合试验获得服役120万km转臂节点刚度变化范围,在考虑2种抗蛇行减振器、3种磨耗踏面与3种钢轨廓形匹配的实际运营工况下,仿真分析服役转臂节点刚度变化对车辆动力学性能的影响。结果表明:120万km服役转臂节点纵向刚度分布范围为90~150 MN/m,主要变化率在-10%~0%之间。在服役转臂节点刚度变化范围内,增大转臂节点纵向刚度可以降低车辆非线性临界速度及运行平稳性,并增大轮轨磨耗,其影响程度与轮轨匹配关系以及抗蛇行减振器种类关系紧密。为保证车辆运行稳定性及平稳性,建议避免使用60N(min-wear)钢轨,适当减小转臂节点刚度以及使用T60抗蛇行减振器。     

横向减振器布置方式对地铁车辆动力学性能的影响

横向减振器是影响地铁车辆运行安全性和平稳性的关键部件之一。分析研究了横向减振器在转向架上不同的布置方式对地铁车辆动力学性能的影响。研究结果表明,在正常工况下,减振器采用双侧对称或双侧斜对称布置方式的运行平稳性优于单侧布置方式,而横向减振器三种布置方式的运行稳定性和曲线通过性能的差异不大;当横向减振器失效时,单侧布置方式下的蛇行临界速度、运行平稳性和曲线通过安全性均比双侧布置时差,而双侧对称和双侧斜对称两种布置方式的动力学性能比较接近。     

抗蛇行减振器横向安装位置对机车动力学性能的影响

基于机车车辆动力学理论,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,以机车车辆动力学指标为依据,系统分析了抗蛇行减振器的横向安装位置对机车动力学性能的影响。仿真结果表明:增大抗蛇行减振器的横向安装跨距,可以显著提高机车的蛇行临界速度,不会对机车运行于曲线上的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力3项指标产生明显影响。     

不同抗蛇行减振器对动车组蛇行失稳的影响研究

以CRH3型动车组为研究对象,研究了不同抗蛇行减振器对动车组一次蛇行和二次蛇行的影响规律。分析结果表明:T60抗蛇行减振器可以有效抑制车体的一次蛇行运动,但是对转向架的二次蛇行运动抑制能力不足;相反T70抗蛇行减振器可以大大提高转向架的二次蛇行运动稳定性,而对车体的一次蛇行失稳抑制能力不足。研究结果表明,理想的抗蛇行减振器应具备低频下体现小刚度和小阻尼特性,而高频下体现大刚度和大阻尼特性,从而保证CRH3型动车组可以适应不同线路条件、不同磨耗踏面的轮轨匹配要求,避免转向架失稳报警和晃车的发生。     

设计柔性转向架运行特性的方法（下）

转向架蛇行运动波长的概念，迄今仅用于铁道车辆横向运行稳定性领域，它可用来表示车辆能在轮缘不接触钢轨的情况下通过最小英线半径。若把这个想法与柔性转向架蛇行运动波长计算方法结合起来，可使蛇行运动稳定性和曲线通过特性之间得到的最佳折衷。