高速列车驱动车轴动态特性分析

将车轮和轴箱分别简化为集中质量和转动惯量, 用连续弹性Timoshenko梁模拟变截面车轴, 建立弹性轮对与轨道耦合垂向动力学模型, 分析车轴动态刚度与轮轨作用力、车轴自身振动特性和车轴动应力的相互关系。发现: 轮对的一阶和二阶固有频率分别由76.34Hz和130.03Hz降低到53.68Hz和100.02Hz, 车轴的一阶模态振动加速度和弹性振动位移分别增加60.12%和92.21%, 轮轨动作用力增加6.23%, 车轴轮座内侧和轴颈危险截面的动应力分别增加39.30%和34.13%。分析结果表明: 轮轨动作用力和车轴的动应力随着车轴动刚度的降低而增加, 因此, 提高轻量化轮对的固有频率和动态刚度能保证高速列车安全运行和提高车轴疲劳强度。     

高速列车过桥诱发地面振动特性研究

为研究高速列车过桥引起的环境振动问题,以沪昆客运专线某铁路桥梁为工程背景,采用现场实测和有限元法获取地面振动特性。将计算值与实测值对比分析,结果表明：高速列车过桥引起的地面横向振动加速度稍大于垂向振动加速度,频谱曲线的主峰频率点可视为周期载荷诱发的共振频率;横垂向卓越频率分布区间为10～80 Hz,频带内各单频加速度幅值随距离增加呈波动衰减趋势;当不同频率的振动波波峰相遇时,相遇点的振动叠加出现放大现象;横垂向加速度最大振级对应的频带为25～63 Hz,大部分出现在31.5 Hz;实测值和计算值在幅值大小及变化趋势吻合较好,加速度Z振级最大误差为1.4 dB。可见,有限元模型满足精度要求,证明该方法能够有效预测环境振动响应。     

高速列车振动舒适度测试方法研究

随着列车的提速,车体的动力学性能,特别是振动性能发生了很大的变化,低速不能激发的模态在高速情况下几乎全部被激发,并出现了二次振动,此外,高速动车客室装饰和布局也完全改变。原有的车体振动舒适度测试方法是以中低速振动参数为依据的,测试内容和测试方法不能体现或不能全面反映高速动车组的振动情况,论文针对高速列车的振动特性,对振动舒适度的测试方法和分析内容进行了详细的研究,通过实测数据,分析了同车厢中不同位置的车体加速度值的分布特点,分析了不同速度下的高速列车的加速度值的变化趋势,分析了明线和隧道工况下的振动舒适度值的变化,提出了高速列车振动舒适度的改进测试方案。     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

为研究高速列车受电弓气动噪声源分布及频谱特性,利用计算流体力学原理对高速列车受电弓流场进行计算,获得了受电弓表面脉动压力;在此基础上,利用FW-H方程计算高速列车受电弓远场气动噪声.计算结果表明:高速列车受电弓远场气动噪声具有较为明显的指向性,其指向性基本上不受列车速度的影响;远场监测点总声压及在10~20附近达到最大.受电弓气动噪声的总声压级随着列车速度的增加而显著增大;受电弓远场气动噪声具有明显的主频,且随着列车速度的增加,远场气动噪声的主频也增大;受电弓顶部横梁是引起受电弓气动噪声的主要因素.      

高速列车—无砟轨道—桥梁耦合系统振动特性分析

根据高速列车—无砟轨道—桥梁系统运动的特点,建立了适合该问题动力学分析的新型车辆单元和轨道—桥梁单元,运用有限元方法和Lagrange方程,推导了两种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个列车—轨道—桥梁系统被离散为车辆单元和轨道—桥梁单元,其中一节车辆离散成一个车辆单元,轨道—桥梁系统离散成四层梁单元。最后通过一个实例计算对整个系统进行垂向振动特性分析。     

高速列车弹性车体与转向架耦合振动分析

建立了某高速列车车体有限元模型,采用Guyan缩减进行模态求解,结合SIMPACK多体动力学软件建立包含弹性车体的系统动力学模型。运用模型分析了车体弹性模态对运行平稳性的影响,研究了弹性车体与转向架构架垂向耦合振动。分析结果表明：当车体垂向一阶弯曲频率与车体点头振动空响应点频率接近时,会发生车体的垂向弹性共振;当车体菱...     

CRH2G高速列车车体振动性能分析

对新型高寒抗风沙动车组CRH2G七车车体,利用ANSYS软件进行建模和仿真计算,获取车体前4阶整车模态参数,并与运行模态试验测试结果作对比,验证了有限元模型的正确性.根据模态仿真分析结果,得到车体振动频率和振型等固有参数,同时也验证了CRH2G型车体最重要的一阶垂向弯曲振型对应的固有频率大于10 Hz,符合设计标准要求,为车体振动性能改进及优化设计提供参考依据.     

高速列车牵引变压器振动响应容限有限元分析

为保证高速列车车下设备结构的安全性, 基于振动响应容限仿真计算方法和米塞斯应力屈服准则, 运用有限元仿真模型对线性和非线性悬挂刚度下高速列车牵引变压器的振动响应容限进行研究。对牵引变压器沿纵向、横向、垂向同时加载, 得到响应应力最大的危险节点。对牵引变压器分别沿纵向、横向、垂向进行加载, 得到危险节点的6个应力分量和不同方向振幅的关系, 并基于叠加原理, 得到纵向、横向、垂向同时加载下危险节点应力分量和不同方向振幅的关系。基于求得的米塞斯应力函数与米塞斯应力屈服准则, 得到振动响应容限。分析结果表明: 基于叠加原理, 可以运用MATLAB替代ANSYS对线性悬挂刚度下的振动响应容限进行仿真计算; 线性与非线性悬挂刚度下的振动响应容限曲面间存在一条垂向位移等值曲线, 当横向位移与纵向位移组成的坐标点位于垂向位移等值曲线在平面内的投影线以下时, 线性悬挂刚度下垂向位移的振动响应容限比相应非线性悬挂刚度下的振动响应容限大, 当横向位移与纵向位移组成的坐标点位于垂向位移等值曲线在平面内的投影线以上时, 线性悬挂刚度下垂向位移的振动响应容限比相应非线性悬挂刚度下的振动响应容限小。     

时速300 km/h高速列车诱发高架箱梁结构振动特性分析

为揭示高速铁路桥梁结构振动产生与传递机理,分别采用数值方法与现场实测研究时速300 km/h高速列车诱发高架箱梁结构振动特性.首先,建立高架简支箱梁三维有限元动力学模型,分析列车以300 km/h速度通过时,高架箱梁结构振动特性及传递规律.然后,选择沪昆高铁高安—南昌区间某高架轨道,对高速列车引起的桥梁结构振动进行现场...     

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.      

高速列车流线型受电弓气动特性仿真分析

为研究高速列车受电弓流线型结构对受电弓气动特性的影响,基于计算流体力学理论,构建某型号高速列车4车编组模型.采用k-ωSST湍流模型进行数值模拟,分析得到流线型结构对受电弓的气动特性及流场的影响.计算结果表明:流线型受电弓减小了滞止区面积和迎风面积,并减缓了受电弓尾部涡流,从而有效降低了受电弓受到的压差阻力,相较于现役...     

高速列车模型试验装置及相似特征分析

为了解决高速列车进出隧道引起的空气动力学问题，基于对目前国内外高速列车模型试验研究现状的分析，建立了模型列车速度可达100m/s的压缩空气式高速列车模型试验系统，并导出了模型试验的相似准则．利用该试验系统对高速列车进出隧道产生的压缩波进行了测试，并将测试结果与数值模拟结果进行比较，验证了相似准则的正确性．     

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。     

高速列车诱发的环境振动研究综述

高速列车诱发的环境振动是当今铁路交通领域的热点问题．文中介绍了研究该问题的四种基本方法,即解析的波数一频率域法、数值分析法、试验法和经验法,按研究方法分类,总结过去十多年里该领域的研究状况及进展,提出了今后需进一步研究的若干问题．     

高速综合检测列车车体与车下设备耦合振动分析

针对时速400km高速检测列车,建立了刚柔耦合的车辆非线性系统动力学模型,探讨了车下弹性悬挂系统的振动特性．通过仿真和理论分析,研究了检测列车整备状态车体结构模态参数与车下悬挂设备模态参数间的匹配关系,给出整备状态车体与车下有源设备最佳模态参数匹配原则,确定了车体与车下设备悬挂件最佳匹配参数．研究结果表明：该方法可以根据车下悬挂系统的动态响应,有效确定时速400km高速检测列车的最佳车下悬挂方案．     

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.     

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。     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h^-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h^-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。     

高速列车盘形制动系统热机耦合特性分析

为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响,建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型,进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析;采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法,探讨列车制动过程中的温度分布特性和振动行为,并与忽略热机耦合状态的系统动力学行为进行对比分析.研究结果表明:制动过程中闸...     

基于数据驱动的高速列车速度复合控制研究

针对高速列车在外部干扰下的速度控制问题,本文提出基于Koopman算子的高速列车高维线性模型的建模方法,并设计一种结合扩张状态观测器(ESO)与基于Koopman算子的模型预测控制(K-MPC)的复合控制器(ESO-K-MPC)。利用扩展动态模式分解算法来近似无限维线性Koopman算子,建立具有动态非线性特性的高速列车动力学高维线性模型;引入模型预测控制,设计扩张状态观测器,对系统总扰动进行估计与补偿,构建基于ESO-K-MPC的高速列车速度控制系统,再设计控制器与控制算法;结合CRH3列车参数和郑西高铁华山北站—西安北站实际线路数据,分别在没有扰动和白噪声干扰下对设计的控制方法与算法进行仿真研究。仿真结果表明：基于Koopman的高速列车建模对位移与速度的预测精度相比于线性状态空间模型分别提高了83.86%与87.40%;ESO-K-MPC可以准确估计与补偿高速列车运行中受到的干扰,控制输出曲线与期望曲线几乎重叠,实现了列车运行期望曲线的高精度跟踪。