高速动车组齿轮箱异常振动试验分析

在分析齿轮箱振动特性的基础上,对其进行了振动模态试验和线路跟踪测试分析,找出齿轮箱箱体异常振动的根本原因。模态试验结果表明:齿轮箱的箱体模态最低为551 Hz,其模态振型为扭转和弯曲的复合模态并以弯曲模态为主。通过线路振动测试结果可以看出,轴箱垂向振动加速度小于横向振动加速度,而齿轮箱振动正好与轴箱相反;从均方根的幅值大小来看,从轴箱到齿轮箱横向振动加速度的变化不是很大,但垂向振动加速度变化明显。齿轮箱上的垂向振动加速度均方根幅值是轴箱的2倍左右,这说明从轴箱到齿轮箱的振动传递存在放大现象。当运营速度接近300km/h时齿轮箱的振动加速度会急剧上升。通过相应的频谱分析发现齿轮箱的振动主频介于500~600 Hz之间,非常接近齿轮箱的最低固有频率。这表明齿轮箱异常振动的根本原因在于轮轨上的高频激扰传递到齿轮箱上从而引起了结构共振。     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

某城际列车齿轮箱结构振动疲劳寿命预测研究

齿轮箱结构是动车组转向架传递动力学的核心部件,近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,载荷频率也随之提高,齿轮箱箱体结构因振动而导致的疲劳开裂现象屡见不鲜.针对高速运行条件下某城际列车齿轮箱箱体结构的振动疲劳问题,采用刚柔耦合动力学仿真的方法进行分析.首先建立齿轮箱箱体结构有限元模型,计算模态并与试验测试的模态结果进行对比验证模型的有效性,然后将齿轮箱箱体做成柔性体,建立刚?柔耦合整车动力学模型,为了考察轨道高频激励对齿轮箱振动疲劳的贡献,在轨道不平顺中加入短波不平顺,以轨道不平顺为激励进行线路运营情况模拟,计算对比了原结构和改进方案的疲劳寿命,结果显示改进结构的疲劳寿命较原结构有较大的提升,满足1200万km设计使用寿命的要求.     

高速列车齿轮箱振动烈度评价方法探讨

针对当前在高速列车齿轮箱振动烈度评价方法方面的不足,基于大量线路实测数据,采用非参数核密度估计法对齿轮箱振动烈度进行评价。通过总体数据统计出齿轮箱振动加速度样本数据的频率直方图,得到概率密度函数的近似曲线,确定统计量分布规律,评估齿轮箱箱体实际振动。结果表明:在速度为300 km/h、置信水平为0.997 3时,齿轮箱横向、垂向振动加速度阈值分别为22.6倍和48.6倍重力加速度。     

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。     

轮轨激励下高速列车齿轮箱箱体振动特性分析研究

齿轮箱装置作为高速动车组牵引系统的重要传动设备,在运用过程中承受来自于轮轨激励的冲击作用。为探索高速列车齿轮箱箱体在轮轨激励下的振动特性,在武广客运专线对箱体进行线路试验,获得箱体在新轮和磨耗轮2种状态下的振动特性,并通过加速度幅值谱和定义等效加速度幅值的方法对比分析振动信号。试验结果表明,箱体在列车磨耗轮状态下的加速度振动幅值要低于新轮状态,其中横向、垂向振动幅值分别降低50%和67%,一定程度的磨耗改善该型箱体的振动特性;应用等效加速度幅值法获取箱体不同部位之间的振动关系,数据分析结果验证该方法的有效性和适用性。该研究对确保高速列车传动系统运用安全和箱体新型结构的设计提供参考。     

动车齿轮箱箱体模态相关性分析

以动车某齿轮箱箱体为研究对象,通过有限元计算和锤击法试验分别得到了该齿轮箱箱体的模态频率及振型。为了验证有限元计算结果的准确性,根据振型相关性理论,对2种模态结果进行了相关性分析,验证了齿轮箱箱体仿真模型的有效性和计算结果的准确性,为减少样机试验奠定了基础。     

高速铁路大跨度连续梁桥竖向共振现象研究

调研我国高速铁路典型桥梁的实测自振频率和运营列车的实测竖向加速度,发现在列车荷载的周期性作用下（40+56+40） m和（40+64+40） m连续梁可能发生共振,阐述了列车与桥梁结构之间的共振作用机理。以（40+64+40） m连续梁桥为例,基于实桥参数和通用图的设计参数分别建立车桥耦合动力模型进行仿真分析。结果表明：实桥自振频率通常高于设计值,导致列车实际共振速度与设计频率对应的共振速度存在差异,当实际桥梁的自振频率处于共振频率范围内时,需要根据实际桥梁的混凝土弹性模量、二期恒载等参数进行动力响应分析;运营车速范围内引起了连续梁桥的共振响应,但桥面振动加速度满足规范要求,轨道结构保持稳定,车辆并未受到周期性激励,未发生车辆共振,仿真分析结果与实测规律一致。     

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。     

地铁车辆齿轮箱模态测试与分析

在齿轮箱运行过程中,箱体承受着较大的载荷,因而箱体的动态特性对齿轮箱产生重要影响。本文通过识别某齿轮箱箱体的振动模态,并结合模态测试结果,综合分析后为箱体结构优化设计提供借鉴及依据。     

地铁扣件弹条失效分析及结构阻尼优化

为研究弹条断裂失效原因,以地铁常见DI弹条为研究对象,分析和总结断裂DI弹条材料宏观及微观特征,初步发现伤损弹条裂纹源区凹凸不平,存在表面缺陷。建立扣件弹条及铁垫板有限元简化模型,分析弹条中肢与扣件铁垫板不同安装深度对弹条强度的影响,发现非正常安装2 mm以上弹条中趾接触位置出现接触应力集中斑,且超过正常安装深度4 mm时应力急剧增大。通过对DI弹条自由、安装下试验模态参数识别,首次得到弹条中肢相对于扣件铁垫板不同安装深度下模态参数特征,弹条模态仿真结果与试验结果对比误差在3%以内。借助行车条件下弹条模态特征及钢轨波磨测试分析结果,揭示DI弹条中肢在超过正常安装深度2 mm以上其安装模态频率与钢轨磨耗激励频率范围(462～668 Hz)基本吻合,导致在周期性强迫振动激励作用下发生共振失效的机理。基于DI弹条断裂失效机理,以“远离激励频带、减小振动幅值及保证互换安装”为改进目标,对弹条进行结构阻尼优化。相对原DI弹条参数特征,优化结果显示,阻尼弹条强度满足材料要求,且疲劳寿命提高4.86倍;阻尼弹条安装模态频率先减小后增大,成功避开钢轨波磨激励频率范围;阻尼弹条主峰值频率幅值下降8.4%...     

160km/h快速轨道车走行齿轮箱箱体的有限元分析

建立了160km/h快速轨道车走行齿轮箱箱体的三维实体模型,对箱体在最大载荷作用工况下,进行结构强度计算与校核,并对齿轮箱箱体进行动力学模态分析。最后将计算结果与箱体静强度试验进行对比,对箱体的结构作出分析结论。     

地铁车辆轴箱吊耳断裂机理分析及优化

针对某型地铁车辆轴箱吊耳的异常断裂问题,在车辆实际运行线路进行了轴箱吊耳振动加速度和动应力测试;利用测试结果进行了时域频谱分析及传函分析,确定了轴箱吊耳结构的振动特性;进行了结构模态分析和疲劳寿命计算,表明轴箱吊耳的固有频率与轴箱传递率峰值所对应的频率范围重合,轴箱吊耳结构受到来自轴箱的振动激励,在根部处发生共振导致疲劳寿命不足而提前断裂.最后,通过对整体结构进行形貌优化,提高轴箱吊耳疲劳寿命,使其满足运营时间要求.     

基于刚柔耦合模型的动车组齿轮箱箱体振动特性研究

以国内某型动车组齿轮箱为研究对象,着重研究箱体的振动特性。首先在SolidWorks软件中建立齿轮箱整体结构的三维模型,然后利用ANSYS软件将箱体柔性化,最后在ADAMS软件中建立齿轮系统刚性且箱体柔性的刚柔耦合模型,分析箱体在内部激励下的振动特性。研究结果表明,箱体不同部位的振动特性不同,振动位移较为明显的区域在上箱体顶端和上箱体大齿轮轴承座处,振动速度较为显著的区域在小齿轮轴承座和下箱体大齿轮轴承座处,振动加速度较为突出的区域在小齿轮轴承座和上箱体观察口处。以上研究方法与结论,能够为动车组齿轮箱箱体的结构优化和健康监测提供相应参考。     

转向架非主体结构件模态频率规划与设计验证

针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题。首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比，给出了构架上设备大于100 Hz和轮对上设备大于250 Hz的模态频率一般建议，并建议基于线路主激振频率按1.414或1.19作为频率间隔参考系数进行模态频率优化。另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373的功能振动试验，说明了车轮多边形对振动量级的影响很大，建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法，并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373标准放大的试验量级。最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法，结合转向架管夹座优化示例，通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择，从而实现提高结构寿命的目标。     

车体弹性效应下的垂向振动特性研究

针对高速列车车体弹性振动影响悬挂部件的安全性及乘坐舒适性问题,建立考虑车体弹性的高速列车垂向刚柔耦合动力学模型,车体视为两端自由均质等截面欧拉-伯努利梁,在频域内研究弹性效应下的振动特性及其传递关系。分析结果表明,在特定轨道不平顺波长激励下,车体对称模态响应为零,而反对称模态响应最大;反对称模态响应为零,而对称模态响应最大。当车体固有频率与激励频率一致时,车体会产生共振。一阶垂弯共振速度与共振波长对列车运营有重要影响,一阶垂弯模态频率处车体相关频响函数加速度传递率最大,对车体振动贡献最大,速度越高,对一阶垂弯频率要求越高。提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼、适当降低二系垂向阻尼可提高车体垂向运行平稳性。     

基于实测应变的时域模态参与因子识别研究

提出一种基于优化结构表面应变测点实现结构振动模态参与因子的时域识别方法,该方法针对激励频率接近或高于结构基频的复杂结构振动响应测试问题,通过有限元模态分析,选择合适的应变测点数,利用D优化设计理论在适宜测试候选区内优化最佳测点位置和方向,结合优化测点组的模态应变矩阵,运用最小二乘法估计结构振动模态参与因子,由模态叠加基本原理,得到结构整体应变响应。通过悬臂梁试件激振扫频试验验证了本方法的可行性。对高速列车某型齿轮箱箱体加15%幅值误差的仿真动态应变进行模态参与因子估计,模态参与量总和为98.9%的三阶模态参与因子估计的RMS误差最大为3.66%,箱体的模态参与因子识别效果较好。     

轮对提吊异常振动分析及改进

针对某地铁车辆的轮对提吊在运用中出现异常振动,且出现个别断裂的问题,对该线路车辆进行振动测试,采用时域、频域和时-频-能量振动信号分析方法,结合有限元模态仿真对异常振动进行原因分析,结果表明,轮对提吊的一阶弯曲频率在300Hz左右,线路存在多处较为严重的波磨,波磨主频主要集中在290～400Hz,波磨振动能量大且部分频率与轮对提吊固有频率接近,导致轮对提吊振动非常大,因此,线路波磨是造成异常振动的原因。以线路试验实测谱作为激励,利用nCode疲劳软件对比分析3种方案的疲劳寿命,结果表明,单纯改变结构对寿命难有质的提升,采用碳纤维新材料能达到无限寿命的设计要求。     

桥梁抗震分析中的激励输入模式研究

本文研究桥梁抗震分析中激励的输入模式。针对加速度、位移两种输入模式的特点、实现方法以及适用性进行对比分析。分析结果表明,若积分方法和步长相同,在有限元分析模型中加速度输入模式较位移输入模式容易获得更好的精度;而在模态分析模型中则得到相反的结论。为减小误差,模态模型中位移输入模式的模态力宜由等效分布荷载形式计算。实测地震加速度时程需要修正才能得到一致化的位移时程,在总结各类时域修正方法的基础上,本文提出一种频率内校正方法。     

高速动车组齿轮箱体振动特性研究

齿轮箱作为高速动车组走行部动力源的关键部件,其振动特征是转向架振动传递的关键难题之一.通过对比A和B不同形式的2种齿轮箱,分析不同测点相对于轴箱激励输入的振动传递特性,列举这2种齿轮箱在相同运行工况下、不同测点的垂向加速度频域振动特性.在高频响条件下,对齿轮箱B进行振动特征测试,得到轴箱到齿轮箱的振动传递特性,指出高频啮合频率特性在箱体振动中影响较大,为提升齿轮箱的质量提供参考.