跨线运行动车组异常振动问题研究

针对跨线运行动车组出现的车辆异常振动问题,通过实测车轮踏面外形、钢轨廓形,以及车辆振动测试,从轮轨接触关系及振动传递特性分析异常振动原因。因线路钢轨廓形不同,导致长期在不同线路运行的动车组车轮踏面最大磨耗位置存在差异,使得车辆在磨耗后期对线路适应性下降。当车辆跨线运行时,由于钢轨廓形变化导致轮轨匹配不良,转向架蛇行运动能量增大。此能量通过二系悬挂传递至车体,引起车体异常抖动。     

钢轨打磨对动车组运行性能的影响

在广深线部分大半径曲线区段和直线区段,钢轨内侧存在明显的侧磨,且动车组水平加速度频繁超限。通过对钢轨侧磨区段发生异常晃动车体的前后端、左右侧加速度进行测试,结合侧磨区段钢轨廓形的测量结果,可以判断出在该型动车组频繁水平加速度超限区段存在不良轮轨接触关系。采用SIMPACK动力学分析软件建立该型动车组单轮对、转向架、整车的动力学模型,分析了自由轮对仿真模型和弹性定位、完全刚性定位转向架仿真模型采用广深线打磨前后实测钢轨踏面时蛇行频率与车体固有频率的仿真结果。分析结果表明:当动车组以160 km/h左右速度运行在打磨前实测廓形区段时,转向架蛇行频率与车体横向固有频率相同,造成车体平稳性和舒适性严重恶化;钢轨廓形打磨以后,改善了轮轨匹配关系,车载仪超限数量、添乘仪报警个数、轨检指标较打磨前均得到明显改善。     

兰新客专高速列车转向架蛇行运动稳定性及影响研究

蛇行运动是铁道车辆特有的现象,是车辆系统动力学的核心问题之一。蛇行运动与非线性振动和运动稳定性密切相关,决定了车辆最高允许运行速度,并影响车辆的其他动力学性能。文中通过对兰心客专高速列车的线路实测数据研究,分析了在旋轮周期的末期转向架横向稳定性及其影响。在旋轮周期的末期,根据相关标准判据,转向架未失稳。但是转向架在少量路段存在小幅蛇行谐波成分,这主要是局部路段的钢轨廓形与车轮踏面匹配等效锥度过大所致。转向架小幅蛇行谐波会导致车辆平稳性指标变大、并会将振动传递至制动吊梁,但不会影响电机。     

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。     

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。     

车轮踏面凹形磨耗对动车组车辆运行性能的影响

基于武广线上运行的某高速动车组车轮的磨耗状态的跟踪测试,发现车轮踏面以凹形磨耗为主。对不同运行阶段实测车轮踏面磨耗状态进行分析,研究磨耗车轮与钢轨接触时的接触几何参数。根据线路上实际运行动车组性能参数,运用SIMPACK软件包完成车辆系统动力学模型,对比分析S1002CN车轮与实测踏面车辆的运行稳定性、平稳性及安全性指标,研究车轮踏面凹形磨耗对列车动力学性能的影响。研究结果表明:车轮踏面凹形磨耗将导致转向架及轮对横向加速度急剧增大,车辆稳定性、平稳性将有所降低,凹形磨耗是引起转向架横向报警的直接原因。     

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。     

基于HMM的客车转向架故障诊断与应用

介绍隐马尔可夫模型（HMM）算法在转向架故障诊断中的应用.利用HMM方法研究转向架在运行过程中抗蛇行减振器正常、异常状态,HMM的参数根据试验数据统计训练出,提出了一种新的转向架故障诊断方法,试验证明该诊断方法可行.     

一种多通道信息融合的横向减振器性能退化阶段辨别方法

对于转向架这样复杂的系统,分布在系统不同位置的传感器可以实时检测大量数据。这些数据能够反映高速列车运行过程中转向架关键部件的性能退化状态,但单一通道的振动信号存在着信息缺失、信噪比低等缺陷,无法据此实现转向架关键部件性能退化阶段的精确辨识。因此,本文以横向减振器为研究对象,通过对转向架振动数据相关性分析,提出了车体和转向架上多个通道的振动信号共同用于横向减振器性能退化阶段辨识的方法。并通过构建基于CNN的多通道信息融合模型,将多个通道信息进行融合,实现了横向减振器性能退化特征的自适应提取与阶段辨识。将该方法与基于单个通道的方法进行比较,结果表明,该方法能够精确实现横向减振器间隔10%的性能退化阶段辨识。     

钢轨打磨对动车组运行性能的影响

广深线部分大半径曲线和直线区段钢轨内侧存在明显的侧磨和动车组频繁水平加速度超限。通过对侧磨区段发生异常晃动车体的前后端、左右端加速度进行测试,结合侧磨区段钢轨廓型的测量结果,可以判断出现该型动车组频繁异常水平加速度超限区段存在不良轮轨接触关系。通过SIMPACK动力学分析软件中建立该型动车组单轮对、转向架、整车的动力学模型,分析了自由轮对仿真模型、弹性定位、完全刚性定位转向架仿真模型采用广深线打磨前后实测钢轨踏面时蛇行频率与车体固有频率的仿真结果。仿真结果表明当动车组以160km/h左右速度运行在打磨前实测廓形区段时,转向架蛇行频率与车体横向固有频率重合,造成车体平稳性和舒适性严重恶化。钢轨廓型打磨以后,改善了轮轨匹配关系,车载仪超限数量、添乘仪报警个数、轨检指标较打磨前均得到明显改善。     

高速动车组线路动力学响应特性研究

针对速度为300 km/h的高速列车开展线路长期服役动力学性能试验,研究车轮磨耗、稳定性、平稳性和振动特征等随运营里程、线路条件、环境温度和列车运行速度等参数的变化情况,揭示车辆在多个镟修周期内的时域、频域动态响应特性。跟踪测试里程达到100万km,测试不同运行里程下的车轮踏面廓形、钢轨廓形以及关键部件的振动加速度和悬挂系统位移,并采用统计均值、极大值、极小值和分位数等统计指标表达测试结果。结果表明:车轮磨耗和轮轨匹配等效锥度随运营里程线性增长,运行30万km踏面磨耗0.8 mm,平均磨耗速率0.18 mm/10万km,等效锥度约为0.30～0.35;磨耗后期的轴箱、构架加速度均方根增大2倍以上,但平稳性指标受车轮磨耗影响小。     

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。     

抗蛇行减振器安装刚度对弹性构架车辆动力学性能影响

基于减振器简化等效模型分析了某动车组车辆系统动力学性能随抗蛇行减振器安装刚度不同的变化情况,并且比较了考虑构架结构弹性振动对这种变化的影响.结果表明,抗蛇行减振器安装刚度对车辆系统动力学性能具有一定影响,尤其是当车辆运行速度达到250 km/h时影响较大;此外,构架的弹性振动也影响着抗蛇行减振器安装刚度的选择.     

成贵客专动车组异常抖动原因分析及治理

针对成贵客专某型动车组出现的异常抖动问题,现场对动车组异常抖动区段的轨面状态、钢轨廓形进行调查,结合轨面状态、实测车轮踏面及实测发生抖车工况的动车组车体加速度测试结果,从轮轨关系角度分析动车组发生异常抖动的原因。成贵客专动车组出现异常抖动主要发生在车站道岔区段,原始廓形为60轨,长期未进行廓形修整导致钢轨廓形不良、轨头扁平,与实测磨耗车轮匹配时锥度过大,引起轮轨关系恶化,蛇行运动能量急剧增大。通过廓形打磨,钢轨廓形得到有效修复,钢轨光带分布合理,轮轨关系得到有效改善,动车组异常抖动问题得到有效解决。     

高速列车踏面凹形磨耗及其动力学影响规律

踏面凹形磨耗是我国高速列车服役过程中车轮磨耗的主要形式,踏面凹形磨耗随镟修后里程逐渐加剧,将引起轮轨接触关系的变化,进而引起车辆动力学性能的恶化。为揭示我国高速列车踏面凹形磨耗的特点和规律,通过对国内某高速动车组的部分车轮进行长期跟踪测试,并基于测试结果研究踏面不同位置的磨耗量,发现磨耗中心位置与名义滚动圆的偏离现象,提出基于离散点直接积分的磨耗面积表征方法。进一步通过数学推导、多体动力学建模与仿真、以及车载实测振动数据的分析验证,研究不同踏面凹形磨耗程度情况下,车辆临界速度、轮轨作用力、振动信号的蛇行运动频率等动力学特性和指标随车轮旋修后运行里程的变化情况,总结得到踏面凹形磨耗对高速列车动力学的影响规律。     

提速货物列车车轮凹磨限值研究

车轮凹磨作为货物列车车轮磨耗的一种主要形式,是影响货物列车提速性能的关键因素之一。为研究车轮凹磨对货物列车提速性能的影响,对阜淮线某型提速货物列车车轮磨耗进行跟踪测试。基于不同运营时期的磨耗车轮选取7种不同凹陷值下的车轮踏面廓形作为研究对象,并建立了车辆系统多体动力学模型,将不同凹陷值下的车轮踏面廓形输入车辆模型进行仿真。通过仿真计算和现场试验相结合的方法对不同凹磨状态下的轮轨接触特性和列车动力学性能进行分析。分析结果表明,随着车轮凹陷值的增长,踏面的等效锥度增大,出现凹磨的车轮踏面在名义滚动圆附近不易与钢轨形成有效的轮轨接触,导致轮轨接触点在此区域发生横向跳动,加剧了轮轨间横向冲击,导致轮对和构架的横向振动加速度增大,造成列车的稳定性和平稳性有所降低。随着车轮凹陷值的增加,车辆的临界速度会随之降低,致使货物列车提速范围受到限制。车轮踏面产生凹磨将对列车曲线运行稳定性和轮重减载率造成不利影响,但对脱轨系数影响不大。根据分析结果,建议运营速度提升至80 km/h的货物列车车轮凹陷值应控制在2.5 mm以内,以保证列车安全运营。     

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。     

市域动车组尾车晃动机理及悬挂参数优化研究

市域动车组在单线隧道内运行时,随着运行速度增加,尾车横向晃动逐渐加大,乘坐舒适性恶化。针对此问题,文章开展了车辆横向振动测试,并对测试数据进行分析,结果表明列车尾部涡流及轨道不平顺波长与车辆滚摆频率耦合是导致尾车横向晃动的主要原因。对此,文章建立了考虑尾车空气涡流的车辆系统动力学模型,分析了车辆悬挂参数及轨道不平顺对列车尾部横向晃动的影响,并对横向减振器阻尼及抗蛇行减振器阻尼进行了优化试验研究,结果表明：降低轨道28 m波长不平顺幅度以及提高横向减振器阻尼和抗蛇行减振器阻尼可以有效改善列车尾部晃动问题。     

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。     

秦沈客运专线高速列车构架人工蛇行波的随机模拟

国内外在列车-轨道时变系统横向振动计算中,大多采用轨道横向不平顺作为列车-桥梁(轨道)时变系统横向振动的激振源。实际上,引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷、车轮与钢轨的制造误差、车辆质量及其载重的偏心等。机车车辆构架蛇行波反映了引起此系统横向振动所有因素的影响,同时还反映了轮轨实际接触状态。根据秦沈客运专线高速列车构架蛇行波的现场测试资料和试验结果表明：采用三角级数模型及Monte-Carlo法随机模拟出了高速列车在时速160～300km／h范围内的构架人工蛇行波;解决了高速列车一桥梁(轨道)时变系统横向振动随机分析的激振源问题。列出了具有代表性的高速列车构架蛇行波实测波形图。