基于模态追踪的地铁车辆低频横向晃动分析

为研究车体低频横向晃动的原因及提高旅客乘坐舒适性,首先依据模糊数学的欧式贴近度准则,有效追踪和分析了车辆各刚体模态随速度变化的情况;其次,基于欧式贴近度定义整个系统所有模态之间的耦合度;最后,以降低车辆系统的耦合度为优化目标,对悬挂参数进行优化。计算结果表明:在某一速度下,当转向架蛇行运动的频率与车体横向振动的固有频率接近时,两者振型极为相似,欧式贴近度接近于1,转向架蛇行运动与车体横向运动发生共振,使车体横向发生低频晃动,此时车辆系统耦合度最大。对车辆悬挂参数优化后,可有效降低系统内的耦合度,减少转向架蛇行运动对车辆横向振动的影响,消除车体低频晃动现象。     

高速动车组低频周期性晃动问题分析与诊断

高速动车组同一车厢的两个转向架同相蛇行运动频率与车体固有上心滚摆频率接近时,车体因共振而出现低频周期性晃动,不仅影响乘坐舒适性,还会造成脱轨.本文根据低频周期性晃车成因,提出一种以车体横向加速度为研究对象的诊断方法.首先设置车体横向加速度阈值,对超阈值处延拓获得可能存在问题区段,然后利用集合经验模态分解法对这些区段车体...     

基于模态连续追踪的铁道车辆车体低频横向晃动现象研究

基于Lagrange三次样条插值原理,给出不同速度下车辆系统模态频率的连续追踪方法,并对不同速度下轮对、转向架、整车系统模态进行分析及变化规律的研究,根据模态阻尼异常变化前后相应模态的耦合振动特征,探讨铁道车辆车体低频横向晃动时的阻尼跳变现象及机理,提出基于振型相似度的车体低频横向晃动判定指标。结果表明,本文提出的模态追踪方法能够稳定、准确追踪车辆系统各阶模态;轮对模态频率接近车体模态频率是出现车体低频横向晃动的必要非充分条件,轮对模态与车体模态间的振型切换是车体低频横向晃动的本质原因;将振型相似度作为车体低频横向晃动的判定指标是合理、有效的。     

基于运行模态参数辨识的客车运行平稳性研究

针对装用SW—160型转向架提速客车低频晃动的问题,笔者在线实测了该型客车车体及转向架振动加速度,并运用随机子空间辨识算法对车体的刚体振动模态进行了辨识。辨识结果表明,车体的下心、上心滚摆和摇头振型的阻尼比偏低,车体下心滚摆被激起后,不能有效衰减,这是造成车体低频晃动的重要原因之一。采用新的SYS550E空气弹簧及将二系横向减振器的阻尼系数提高至60 kN.s/m后,重新进行了测试分析。分析结果表明,采用新型空气弹簧及提高二系横向减振器的阻尼系数后,车体的下心滚摆频率有所下降,而其阻尼比得到明显提高。通过功率谱分析可知,车体的低频振动得到有效抑制。     

轨道车辆轮轨关系检测及等效锥度管理

轮轨关系是轨道车辆安全运行的主要研究对象,而等效锥度是重要评价指标,通过等效锥度可以判断晃车和抖车现象。研究结果表明,车体的横向晃动频率在1～2 Hz,主要是等效锥度过低引起车辆蛇行失稳所致。车体抖动频率在 8 Hz 左右,主要是等效锥度过高诱发车体模态共振所致。为更精准的分析等效锥度变化,需要系统的、精确的检测设备实行全线线路廓形检测以及轮对型面的磨耗检测,结合车轮踏面和轨道廓形进行轮轨交叉匹配运算,得到全部车辆和线路的等效锥度热力图进行轮轨健康管理及运营评价,通过等效锥度管理可实现对车体抖动晃动的诊断和预防,并对轮对镟修和钢轨打磨提供合理的指导意见。     

动力集中动车组动力车直线运行晃车问题研究

针对动力集中动车组动力车直线运行时出现的晃车问题开展试验研究和仿真分析。首先通过线路试验数据的对比,分析了仅调整轴箱拉杆关节刚度和抗蛇行减振器关节刚度的效果,研究了晃车问题与轮轨等效锥度、抗蛇行减振器安装角度的关联性。然后借助于动力学分析软件建立了动力学仿真模型,成功复现了该车在历次实车试验期间曾出现的各种晃车现象,从而验证了仿真模型的正确性。在此基础上通过动力车模态分析研究了晃车现象的机理。结果表明:动力车直线运行晃车现象是由于在小的轮轨等效锥度和大的抗蛇行减振器安装角度条件下,动力车车体存在阻尼比很小的二阶蛇行模态,也即由于抗蛇行减振器安装角度不当而引起的低等效锥度下的车体蛇行失稳问题。     

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。     

基于遗传算法的轨道车辆参数优化设计

在某一速度下,轨道车辆转向架的蛇行运动频率将和车体相关振动的固有频率接近而发生耦合共振,影响车辆的横向平稳性。为降低这种耦合共振的程度,选取变换后的欧几里得贴近度作为车体模态相似性评价指标,选取车体蛇行运动稳定性作为模型的控制条件,采用遗传算法对二系悬挂进行最优化设计。结果显示,在其他参数不变的情况下,采用遗传算法可以寻得耦合度最小的二系悬挂参数值。耦合度越小,模态频率曲线线性程度越强,模态间的频率俘获现象越不明显,模态间的相互影响越小;耦合度越小,模态的阻尼比变化越平缓,车体摇头或车体上下心滚摆振动模态的阻尼比越大。     

工艺转向架运用中车轮爬轨故障分析及对策

针对工艺转向架在转运机车车体过程中经常出现车轮爬轨现象,分析工艺转向架车轮爬轨的原因,提出整改措施,经整改后杜绝工艺转向架的车轮爬轨故障。     

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。     

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。     

时速160 km的国外低地板铰接动车组严重晃动问题测试研究

针对国外某型号低地板铰接动车组存在的车体严重晃动、平稳性指标超标以及由此导致的限速运营问题,开展了轮轨接触关系和悬挂系统振动传递情况的线路测试。采用实车线路运行视频监测方法,对车体的运行姿态、悬挂系统振动传递、结构模态及轮对振动等进行了综合分析。结果发现,轮对低频蛇行通过悬挂系统传递给车体,激发出车体的刚体摇头和结构菱形模态耦合振动,从而导致平稳性指标超标。车载视频监测方法发现轮对确实存在1 Hz低频大幅值蛇行运动,空簧变位显著,即视觉上捕捉到了轮对蛇行与车体摇头的关系。经过分析和测试验证,改进的踏面镟修廓形可以改善轮轨接触关系,控制轮对蛇行运动,避免车体异常晃动,保证车辆运行的平稳性。     

贵广高速铁路动车组车体异常晃动原因分析及治理

针对贵广(贵阳—广州)高速铁路某型动车组服役过程中出现严重车体异常晃动的问题,通过对晃车区段线路钢轨廓形、车轮踏面的几何尺寸进行测量,结合晃车时车体横向振动加速度的测试结果,研究晃车原因,提出整治措施,并对整治效果进行测试验证。结果表明：车轮踏面磨耗位置异常,导致轮轨匹配等效锥度和接触角差偏低,激发了车体的下心滚摆模态,引起动车组发生一次蛇行,车体出现异常晃动;车轮踏面镟修、更换车轮踏面研磨子后,车轮踏面磨耗区域趋于正常,轮对接触角差未出现正负交替现象,轮对踏面对中能力得到较大提升,横向平稳性及舒适度得到极大改善,较好地解决了该型动车组车体异常晃动的问题。     

动车组车轮踏面外形改进性设计

车轮踏面外形决定轮轨接触几何关系,对行车安全具有重要意义.某动车组在部分线路运营时车体出现明显的横向晃动现象,通过分析该动车组的实测数据,发现转向架受到线路激扰时横向振动未能及时收敛是导致这一现象的原因.在LMA踏面基础上通过提高等效锥度的方法设计了新踏面外形,计算分析了新型面的可行性,最后通过实测数据验证了新踏面外形能使转向架和车体横向振动幅值下降,列车运行平稳性和旅客乘坐舒适度明显改善.     

基于车体低频横向晃动分析的60N钢轨打磨限值研究

为解决国内部分服役动车组在运营过程中产生车体低频横向晃动问题(以下简称“晃车”),提高车体平稳性和旅客乘坐的舒适性，基于对部分晃车区段(打磨目标为60N钢轨的高速铁路干线)开展跟踪调研与测试的基础上，对比工务系统打磨后左右轨对称情况下，不同偏差值的钢轨廓形对应车体低频横向晃动的差异；并结合动力学仿真软件研究不同偏差值的钢轨廓形对于晃车现象的影响，找出打磨目标为60N钢轨的合理打磨限值并提出相应的打磨措施与建议。结果表明：晃车区段左右股钢轨工作边相较于打磨目标廓形60N钢轨存在过打磨导致等效锥度过小，是造成动车组晃车的重要原因；以车体横向振动加速度、车体横向晃动主频和轮轨匹配等效锥度等值为主要依据，提出60N钢轨在横坐标15 mm处的负偏差为0.1 mm时，会出现晃车现象，建议工务系统以60N钢轨为目标廓形时，按照正偏差打磨，打磨值宜按+0.1 mm控制。     

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。     

高速车辆车体低频横向晃动的影响因素研究

针对部分型号CRH高速动车组在线路上运行时出现车体低频横向晃动而严重恶化旅客乘坐舒适度的问题,为了找出抑制车体低频横向晃动的有效措施,首先建立了车辆系统多刚体动力学模型,基于时域仿真分析获得了车体低频横向晃动的主要影响因素,最后采用根轨迹分析技术研究了其主要影响参数对车体低频横向晃动的影响规律。研究结果表明,选取适当的悬挂参数、轮轨参数以及车体质量参数可以避免车体低频横向晃动的产生。     

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。     

采用下摇枕转向架的车辆横向稳定性研究

对采用下摇枕结构转向架的车辆进行了线性和非线性稳定性分析后得出如下结论:车辆失稳模态为构架与轮对同频同相振动的转向架蛇行模态,随着车轮踏面磨耗,车辆横向稳定性降低;当一系水平刚度减小时,轮对蛇行模态的自然阻尼减小;当牵引杆纵向刚度降低时,构架横向振动模态自然阻尼减小,横向稳定性降低。轮对水平定位刚度和旁承摩擦因数以及牵引杆纵向刚度对下摇枕结构车辆横向稳定性具有显著影响,三者中任一参数的变化都会影响到整车横向稳定性。