高速列车减振器阻尼特性的影响因素分析

节流阀结构是影响减振器阻尼特性的主要因素,为了得到其结构参数,作者建立了高速列车二系横向减振器内流场的仿真模型。利用计算流体力学的方法分析减振器内部三维动态流场,得到节流阀阻尼孔的尺寸以及开阀阻尼力和开阀速度,并分析了开阀速度和油液温度对减振器阻尼特性的影响。计算结果表明：调节节流阀参数可以得到满足减振器性能要求的阻尼特性;高温时减振器阻尼力减小的两个主要因素是节流阀片易开启以及油液动力黏度降低;开阀速度极小的改变会引起减振器阻尼力发生较大的变化。     

减振器阻尼特性仿真及结构参数影响分析

减振器阻尼特性对车辆平顺性和操纵稳定性有着重要影响。通过对一种双缸式减振器液力系统进行分析,应用液压流体力学理论建立了其数学模型,在MATLAB/Simulink中搭建了减振器仿真模型并进行仿真,其仿真结果与实验结果符合较好。在此基础上利用该减振器仿真系统分析了减振器几个结构参数对减振器阻尼特性的影响,以指导减振器的设计从而较快地获得最合适的结构参数和最优的阻尼特性。     

高速列车抗蛇行减振器参数的多目标优化研究

为了研究抗蛇行减振器参数匹配规律以兼顾不同轮轨接触状态下高速列车横向稳定性,针对国内运行典型结构参数的高速列车,建立车辆横向动力学简化模型,分别考虑到高、低锥度两种轮轨接触状态下车辆的横向稳定性,采用多目标优化方法对抗蛇行减振器刚度和阻尼值进行多参数优化,并分析最优抗蛇行减振器参数的影响因素. 结果表明:优化的抗蛇行减振器阻尼值主要取决于车辆二系横向阻尼,得出了两类阻尼值的抗蛇行减振器选配类型,即当二系横向阻尼较小时,转向架单侧需匹配较小阻尼值600～1000 kN?s?m?1,或当二系横向阻尼较大时,匹配大于4 000 kN?s?m?1的抗蛇行减振器;抗蛇行减振器刚度显著影响不同轮轨接触状态下的车辆稳定性,减小抗蛇行减振器刚度有利于低锥度状态车辆稳定性,反之亦然.      

牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型,应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型,利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型; 考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用,通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析,对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下,高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动,牵引电机悬挂节点径向刚度为20~30 MN·m^-1时,牵引电机垂向振动达到极小值,齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小,且径向刚度较小时车辆安全性指标较优;牵引电机悬挂节点轴向刚度为4~6 MN·m^-1时,齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小;牵引电机悬挂节点阻尼为0.1~40.0 kN·s·m^-1时,转向架部件振动有效值较小,阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微,且车辆安全性及平稳性指标较优。     

升力翼对高速列车列车风与尾流特性的影响

为探究在高速列车车顶安装升力翼后引起的列车周围流场剧变,以三车编组1∶10缩尺比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用基于两方程湍流模型的改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,对比分析了有无升力翼的2种高速列车时均和瞬时列车风的发展规律;利用涡旋识别方法探讨了尾迹区瞬时涡结构分布特征,通过比较尾迹区不同流向位置的列车风分布特征与尾流涡旋移动规律,验证了列车风速度峰值与尾涡非定常特性的相关性,采用频谱分析方法获得了尾迹区速度功率谱密度曲线。研究结果表明：升力翼的几何外形结构加剧了车身表面边界层分离,令列车顶部和侧表面边界层厚度增大;升力翼使列车风速度峰值增大,其中在轨侧和站台位置最大时均列车风速度分别增大了1.556和1.327倍,且相较原型列车第2个峰值位置延后;由于翼尖涡不断向下游发展和累积,升力翼列车尾流结构表现为大尺度涡对中夹杂着一对更为破碎的细小涡旋,相较原型列车,涡旋与地面之间的剪切作用更强,升力翼列车尾流时均列车风速度在展向分布上有所增大,但垂直分布上有所降低,并在水平面上出现更明显的剪切分离;升力翼列车尾迹中包含较多破碎的小尺度涡,进而影响了尾迹涡脱落频率,使之比原型列车具有更高的能量,且涡旋耗散速度更慢。     

高速列车底部结构参数对气动噪声影响规律

为更好地开展高速列车气动降噪设计,建立了高速列车头车第一组转向架区域的6参数模型,采用计算气动声学和拉丁超立方抽样实验所设计的方法,得到了13个参数化模型的远场气动噪声、转向架舱内湍流脉动功率级和声功率级,并分析了底部结构参数对远场和近场气动噪声的影响规律.结果表明：底部结构参数对远场噪声影响范围为75.4～78.9 dB(A),裙板高度、排障器厚度、转向架舱后缘倒角和舱长度与远场噪声为负相关,舱前缘倒角、排障器前缘夹角与远场噪声为正相关,底部结构参数的变化主要影响中心频带315～1 250 Hz间的噪声能量;排障器厚度和前缘夹角与远场噪声、舱内湍流脉动功率、声功率均为负相关;裙板高度和远场噪声、舱内湍流脉动功率级为负相关,与舱内声功率为正相关.     

非线性迟滞阻尼减振器动力学模型参数识别

在非线性迟滞阻尼减振器的建模中可以把减振器恢复力分为几部分;非线性弹性力,非线性阻尼力,以及由于摩擦引起的迟滞力。恢复力与位移变形之间存在非对称关系,本文采用实验建模方法,根据系统达到最大变形位置前后恢复力与变形的本构关系不同,利用最小二乘法识别出滑移极限等模型参数。考虑实际噪声污染的影响,用小波变换进行信号预处理,既云除噪声又较好地保留了时城信号的形状和相位,从而使识别具有实际可行性。     

二系横向减振器参数对 快捷货车动力学性能的影响

运用Simpack动力学仿真软件建立160 km/h快捷货车模型,研究了二系横向减振器性能参数对快捷货车动力学性能的影响.结果表明:节点刚度在2～15 MN/m范围内变化时,对快捷货车动力学性能影响较明显;阻尼系数为35 kN·s/m时,快捷货车运行平稳性最优,且阻尼系数对快捷货车垂向动力学性能影响较小;卸荷速度取值0.08～0.10 m/s范围内,有利于快捷货车曲线通过.     

高速列车轮轨参数对车轮踏面磨耗的影响

建立了高速列车多体动力学仿真模型和车轮踏面磨耗计算模型, 通过动力学模拟计算了轮轨接触关系和接触力, 用FASTSIM重新计算轮轨接触斑内的滑动速度、轮轨切向力和摩擦功率的分布, 采用基于摩擦功的轮轨磨耗模型计算了车轮滚过一圈时踏面上一个接触斑的磨耗质量, 再通过累积得到运行一定距离后的踏面磨耗深度。采用数值仿真方法研究了不同车轮踏面外形、轮对内侧距、轨底坡和车速对踏面磨耗深度和磨耗分布的影响。计算结果表明: LMA和S1002踏面的磨耗分布比较均匀, LM踏面的磨耗深度最大, LM和XP55踏面的磨耗区域更靠近轮缘; 在LMA踏面标准轮轨匹配参数下, 轮对内侧距增加会增加磨耗, 磨耗深度随着轨底坡减小而增大; 高速列车车轮踏面磨耗与等效锥度密切相关, 较小的等效锥度会减小磨耗, 但等效锥度的选择需要兼顾动力学性能的其他方面。     

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明：隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

系统参数对高速列车车轮踏面凹陷磨耗的影响

为了探明高速列车车轮踏面凹陷的原因, 建立了以车辆-轨道系统动力学模型与磨耗模型为一体的磨耗预测模型, 在轮轨法向接触中采用Herz接触理论进行接触斑形状和法向力分布的计算, 在轮轨切向接触中采用Kalker简化理论计算切向力, 采用Achard磨耗模型计算磨耗量。为了修正磨耗预测模型, 仿真分析了CRH₃型高速列车在武广线上运行时的车轮踏面磨耗形状, 并与实测车轮踏面磨耗形状进行了对比。为了得到与实测结果比较接近的磨耗规律, 考虑磨耗系数的不确定性, 在磨耗预测时初始的磨耗系数应除以10。利用修正的理论模型, 研究了钢轨型面、车轮型面、运行速度、轨道不平顺、线路条件、转向架结构和悬挂参数对高速列车车轮踏面磨耗规律的影响。研究结果表明: 车轮型面和钢轨型面影响车轮踏面磨耗位置、磨耗深度与磨耗宽度, 运行速度影响车轮踏面磨耗深度, 轨道不平顺影响车轮踏面磨耗深度和宽度, 线路曲线半径影响车轮踏面磨耗深度和宽度, 过高的运行速度、不合理的轮轨匹配关系和过高的轨道平直度容易引起车轮集中磨耗, 导致车轮踏面出现凹陷, 转向架悬挂和结构参数对踏面凹磨产生的影响较小。     

高速列车传动系可靠性的外部影响因素评估

为研究除自身构件外的外部影响因素对高速列车传动系可靠性的影响,以现役CHR3型高速列车为研究对象,基于FID （fuzzy influence diagram）理论,对影响高速列车传动系统可靠性的外部因素进行评估分析. 首先通过业内权威专家问卷,建立外部影响因素的FID频率模糊集、状态模糊集和模糊关系,并构建影响传动系统可靠性的FID关系层、数值层及函数层;其次依据模糊集合理论对人员、基础设施、环境、维修、管理等外部影响因素的频率矩阵进行计算;最后得出各项外部影响因素的状态降低及提高的累积概率. 研究结果表明:人员状况和管理水平的状态降低的累积概率分别为39.9%、42.5%,两项因素在保持当前状态基础上累积提高30%的概率分别为77.6%和90.9%,并且二者的累计概率分布与该型传动系的可靠性概率分布相近,说明人员和管理状况为首要影响因素,其他因素次之.      

轮对安装偏角对高速列车过转辙器的动力特性影响

高速列车轮对因定位不准会导致不同程度的初始安装偏差,在通过道岔等薄弱环节时轮轨关系急剧恶化,影响行车安全.?为研究车辆在初始安装偏角状态下通过高速道岔的动力学性能,以18号道岔为研究对象建立了具有初始偏转角的车辆-道岔耦合动力学模型,对前轮对偏转、后轮对偏转、前/后轮对同向偏转、前/后轮对反向偏转4种工况进行仿真,结合...     

模型参数对轨道列车吸能结构特性的影响

为深入地研究材料本构模型参数、材料、单元尺寸参数和网格密度分布等对车辆碰撞仿真结果的影响,基于碰撞界面的非线性接触算法,建立了典型吸能装置的动态冲击动力学模型,在进行材料动态冲击试验的前提下,考察了虚拟数字计算中涉及到的变形体本构模型、应变率效应等关键技术对吸能部件的响应影响形式.研究表明,变形体的材料本构模型的简化差异对动态冲击响应具有显著的影响;在结构设计相同的的情况下,低碳钢材料的吸能容量要远远超过铝合金材料;而过大的网格尺寸不能准确描述结构细微的塑性变形.     

高速列车底部空气流动特性对转向架区域积雪的影响

针对高速列车转向架区域的积雪问题, 建立了包含精细化转向架的列车空气动力学模型; 采用分离涡模拟方法, 对运行速度为350 km·h^-1的高速列车周围空气流场进行了模拟, 分析了空气流场特性对车底与转向架区域雪粒输运的影响; 提取了涡核线, 研究了转向架区域的涡流特征与雪粒输运的关系。研究结果表明: 车底气流主要由前后轮对后部向上翻转进入转向架区域, 绕轮轴形成旋转气流; 转向架底部区域涡量大于1 000 s^-1, 涡流基本为纵向; 转向架顶部区域涡量小于200 s^-1, 涡流基本为纵向; 转向架轮对与前后端墙的空隙处涡流多为竖向, 且后部轮对处的涡量较前部轮对处大5倍以上; 转向架内部区域涡量小于200 s^-1, 涡流走向杂乱; 涡流的尺度、强度与走向特性反映出进入转向架区域的气流具有较强的挟带雪粒的能力, 而流出转向架的气流挟带雪粒的能力较弱; 头车下部区域负压较大, 车底与裙板两侧存在强度较大的涡流, 易卷起轨道积雪形成雪烟; 除头车外, 车底与转向架表面绝大部分区域壁面剪切应力小于1 Pa, 对应的摩擦风速小于0.9 m·s^-1, 沉积的雪粒不易被内部气流剪切走。     

高速列车齿轮传动系统参数振动稳定性

为了准确表达参数激励下高速列车齿轮系统振动的稳定性,利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开进行拟合.考虑齿轮啮合误差,建立了高速列车齿轮传动系统扭转振动模型.结合多尺度近似解析方法,推导了参激振动下高速列车齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线,并分析了影响齿轮传动系统稳定性的相关因素.研究结果表明:齿轮系统的不稳定性区域随着列车运行的速度降低总体呈减小趋势,但是在发生参数共振速度处存在明显不稳定区域;增大阻尼有利于系统的稳定性,当阻尼系数从0.01增加到0.05时,处于稳定区域的刚度波动幅值从5%增加至20%;增加齿轮的重合度可以减小啮合刚度的谐波特性,从而增强系统的稳定性.      

平地上高速列车的风致安全特性

为研究高速列车在强侧风作用下安全行驶问题,基于空气动力学和多体系统动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型和车辆系统动力学模型.应用该模型计算了不同风向角、不同风速和不同车速下作用于车体上的侧风气动载荷.根据高速列车整车试验规范,以脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力为运行安全指标,分析了头车、中间车和尾车的运行安全性.研究表明:头车的安全性最差,且风向角为90°时,横风情况下最危险.随着车速的增大,最大安全风速急剧减小.当车速为200km/h时,最大安全风速为29.61 m/s;当车速为400 km/h时,最大安全风速为18.87m/s.     

高速列车车体局部结构减振阻尼措施试验研究

为探究两种新型阻尼材料(阻尼浆/阻尼片)对车体局部的隔振性能,并用于解决某动车组车体局部异常振动问题.分别对四个车体局部使用三种方案(无阻尼方案、阻尼片方案和阻尼浆方案)进行试验,利用台架试验对测试结果进行时域和频域的对比分析.结果表明:两种阻尼材料都能大幅度减小自由衰减振动的幅值和周期,其中阻尼浆方案对车体地板衰减效果较好,而阻尼片方案对侧墙和受电弓盖板衰减效果较好.在5~80Hz频段内,阻尼浆地板隔振频带宽,模态阻尼比大,能有效避免列车在运行中车体局部结构与各子系统模态频率发生耦合共振,而贴阻尼片的中部侧墙和受电弓盖板也是如此.相比阻尼浆,阻尼片安全性高,安装工艺简单,在保证结构可靠性的前提下进一步降低了车体的质量,具有良好的应用前景.