刚度激励对机车齿轮传动系统固有特性的影响

以机车齿轮传动系统为研究对象,建立考虑时变啮合刚度的多自由度扭转振动模型,计算机车传动齿轮的啮合刚度并进行Fourier级数变换,将变换后的啮合刚度分别取一次谐波到六次谐波,模拟得到机车传动齿轮时变啮合刚度拟合函数曲线.采用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对机车齿轮系统振动微分方程进行求解,分析得到不同啮合刚度对机车齿轮传动系统固有特性的影响,研究表明:随着啮合刚度的增加,齿轮系统的振幅增大,同时系统低频部分的固有频率减小,高频部分的固有频率增大.     

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.      

考虑齿面摩擦的机车齿轮传动系统参数振动稳定性（英文）

针对机车齿轮传动系统的参数振动问题,建立了考虑齿面摩擦时机车齿轮传动系统的动力学模型,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并利用傅里叶级数展开,利用多尺度法进行求解,获得了系统参数振动稳定的边界条件。最后开展实例分析,研究了齿面摩擦因数对机车齿轮传动系统参数振动稳定性的影响。分析结果表明:不计齿面摩擦时,当机车速度约为119.02/j km·h~(-1)(j是谐波项)时,系统会产生参数共振,摩擦因数越大,对应的参数共振速度越大;在参数共振速度附近存在系统振动不稳定区域,当系统阻尼系数和摩擦因数均为0,谐波项分别为1、2、3、4时,相对于参数共振速度的波动值分别为9.16、1.46、0.53、0.55km·h~(-1),系统振动不稳定;当阻尼系数为0时,在对应谐波项下,与摩擦因数为0时相比,齿面摩擦因数分别为0.1、0.2时,系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值分别增加了约4.88%、9.54%;当阻尼系数为0.01时,随着摩擦因数的增大,在系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值不一定增加;摩擦因数越大,系统稳定所需的阻尼系数越小。     

重载运输条件下桥墩横向振幅的影响因素分析

随着我国重载运输的持续发展,列车编组增加,车辆轴重增大,运营密度增大,现役重载桥梁出现横向振动过大危及行车安全的现象,研究表明桥墩墩顶横向振幅直接影响桥跨结构的横向振幅,因此研究桥墩的横向振动的影响因素对控制桥跨横向振动十分必要。以朔黄铁路中比重较大的矩形板式墩为研究对象,采用理论分析、有限元模拟分析结合现场实测的方法,研究了列车行驶速度、桥墩高度及轴重对墩顶横向振幅的影响规律。结果表明,随着速度的增大,墩顶横向振幅呈先增大后减小趋势;桥墩横向自振频率越大,墩顶横向振幅最大值所对应的速度越大;随着墩身高度增加、列车轴重增大,墩顶横向振幅均呈增大趋势。     

机车打滑时传动系统的自激扭转振动

为研究机车发生打滑时传动系统扭转振动,针对机车单轮对传动系统,考虑轮对以及电机与轮对间的扭转刚度,建立了简化的机车传动系统扭转振动方程.当轮轨间的平均蠕滑率超过临界蠕滑率时,产生了传动系统扭转振动极限环,表明传动系统产生了自激振动.对不同工况下传动系统扭转振动频率的计算结果表明,当自激振动发生时,系统的扭转振动频率与其扭转固有频率一致.因此,检测轮对的扭转振动频率可以判断车轮是否打滑.     

牵引力对机车横向运动稳定性的影响

为了探明机车牵引状态下的横向稳定性,采用多体动力学软件SIMPACK建立了某型提速机车动力学模型,以非线性临界速度作为机车横向稳定性的评判指标,并采用数值积分方法计算了机车临界速度,研究了牵引系数对机车直线和曲线临界速度的影响规律.研究结果表明:机车牵引力的存在改变了轮轨切向蠕滑力的大小和作用方向;随着牵引系数的增大,机车在直线和曲线上的临界速度均先增大后减小;机车曲线上的临界速度低于直线上的,同一牵引系数下,曲线半径越小,临界速度越低;在牵引工况下,轮对横移量不宜再作为机车曲线稳定性的判定指标,采用轮轨纵向蠕滑力对稳定性进行评判更为合理.     

修形对机车牵引齿轮动态特性影响

以某机车牵引齿轮传动系统为研究对象,采用有限元方法模拟齿轮实际工况下的啮合状态,根据模型分析结果对齿轮进行修形,确定出齿轮修形的最佳修形量;计算修形前后齿轮系统的时变啮合刚度和接触线长度,计算结果表明二者都是呈周期性变化的,且正相关;建立了齿轮系统动力学数学模型,对比分析了修形前后齿轮系统动态响应,修形后齿轮系统的振动明显降低,说明齿轮传动更平稳,修形效果良好.     

具有缺陷的大功率风电斜齿轮非线性特性分析

针对大功率风电增速斜齿轮系统建立了一个包含齿轮侧隙非线性、制造误差、齿轮偏心和时变啮合刚度的八自由度耦合动力学模型,根据单个斜齿轮具有一个缺陷轮齿时啮合刚度的变化规律,对缺陷轮齿刚度减小到不同程度下系统动态特性进行了研究,利用Runge-Kutta法对大小齿轮分别存在不同程度轮齿缺陷时的系统进行了求解,通过对系统传动误差的分岔图、相图、Poincaré相图及频谱的分析比较,表明缺陷轮齿将使系统非线性振动加强,而且高速小齿轮的轮齿缺陷对系统动态特性的影响更加严重.     

两级齿轮传动系统的周期运动及分岔分析

为研究齿轮传动系统中综合传动误差、时变啮合刚度和齿侧间隙等多非线性因素的耦合对系统振动特性的影响,以两级齿轮传动系统的动力学模型为研究对象,计算了齿轮副的时变啮合刚度、等效啮合阻尼等动力学参数.采用数值仿真的方法研究了系统的周期运动在不同工况下的分岔过程,以及载荷、综合传动误差幅值和阻尼比等系统参数对系统动力学行为的影响.结果表明:随着啮合频率的变化,系统发生周期倍化分岔、Hopf分岔、周期泡型分岔等多种分岔形式;在低频和中频区域,由于周期1运动的分岔的不可逆性,出现了共存分岔模式和吸引子共存等复杂非线性现象.     

基于ADAMS的动车组齿轮箱断齿故障特征研究

以国内某型号动车组齿轮箱为研究对象,主要研究齿轮断齿时箱体的振动信号特征。综合运用SolidWorks、ANSYS和ADAMS等软件建立齿轮箱的刚柔耦合动力学模型,然后建立正常齿轮和断齿齿轮模型,最后导入到齿轮箱模型中进行仿真,得到正常和断齿齿轮的箱体振动信号。与正常齿轮箱体振动信号对比发现,齿轮断齿故障的振动信号幅值会增大,同时伴有冲击和调制现象,冲击信号出现次数与小齿轮转频接近,在小齿轮转频的高倍频率、齿轮的啮合频率及其倍频附近会出现宽且高的调制边频带,细化谱中调制现象更为明显,解调谱中在小齿轮转频及其高倍频率附近会出现峰值。以上研究方法与内容,能够为动车组齿轮箱的状态监测和故障预判提供参考。     

机车传动系统扭转与轮对纵向耦合振动稳定性

为研究机车打滑时传动系统扭转与轮对纵向耦合运动作用下传动系统的稳定性,建立了机车单轮对传动系统动力学模型,考虑了轮对回转与纵向振动自由度,对非线性系统微分方程在平衡点附近线性化,并根据线性化系统在状态空间中的特征值判断系统的稳定性,绘制了振动系统临界稳定曲线.分析结果表明:由于轮轨粘着系数的负斜率,传动系统的扭转振动与轮对的纵向振动为不稳定的自激振动,两者与轮对运行速度和轴重有关,速度越大,轴重越小,振动越稳定,因此,传动系统的扭转与轮对的纵向阻尼能很好抑制这种自激振动.     

铁路车辆油压减振器动力学数值仿真

以铁路车辆减振器为例,建立了减振器系统动力学的模型, 应用MATLAB研究了系统的位移、幅频特性和相频特性.仿真结果表明,系统振动振幅经几个周期后逐渐衰减并趋于稳定;随着附加质量的增加,低阶共振频率减小,低阶振幅增大,而高阶共振频率变化不明显;随着减振器等效刚度的增加,低阶共振频率增大,低阶振幅明显增大,而高阶共振频率变化不明显;随着减振器阻尼的增加,低阶共振频率变化不明显,低阶振幅明显下降,而高阶共振频率降低.     

滑差频率对磁浮车辆运行性能的影响

采用二维电磁场理论对直线电机气隙磁场的纵向分量和垂向分量进行求解, 得到了电机牵引力和法向力的解析表达式, 利用直线电机试验台对解析计算方法进行检验, 对比6~18 Hz恒滑差频率下牵引力和法向力随速度的变化; 建立了三悬浮架单节磁浮车辆动力学模型, 仿真对比了车体和悬浮架分别在1、3、5、8 kN冲击力下的振动响应; 计算了单节中低速磁浮车辆牵引特性, 分析了不同滑差频率对车辆牵引性能的影响; 综合考虑电机法向力对悬浮系统的影响和车辆的牵引需求, 提出了变滑差频率控制策略。研究结果表明: 电机牵引特性一般包括恒力区和恒功区, 恒力区初级电流最大值为390 A, 恒功区电压最大值为212 V, 恒力区牵引力变化较小, 恒功区牵引力衰减较快; 滑差频率越小, 电机起动牵引力和法向力越大, 恒力区越短, 反之亦然; 法向冲击力小于8 kN时车辆平稳性指标等级均达到优秀, 但为了减小悬浮系统的负担, 电机法向力应越小越好; 较低的滑差频率使车辆低速段牵引性能更强, 但采用较高的滑差频率有利于提高全速度范围的牵引性能; 在变滑差频率控制策略中起动滑差频率的选择综合考虑车辆的牵引性能和悬浮能力, 速度达到恒功转折点后滑差频率逐渐增大, 该策略使电机恒力区牵引力适中, 恒功区牵引力始终为电机所能发挥的最大值。      

车辆轮对的粘滑振动分析

对两接触物体的粘滑振动进行了详尽的分析,给出了粘滑振动发生的条件。分析了驱动速度的粘滑振幅的影响,应用数值方法对三种不同摩擦模型进行了分析计算,结果表明粘滑振幅与驱动速度的似成线性关系,最后从蠕滑力出发对办对可能产生的扭转粘滑振动进行了分析,指出了左右轮轨摩擦不均及曲线通过内轨先产生的粘滑震动的原因。     

基于能量法的轮对蛇行运动稳定性

为了分析轮对蛇行运动的形成机理与能量传递机制, 基于车辆系统动力学理论推导了轮对蛇行运动的能量表达式; 借助轮对运动参数的相位关系和能量表达式, 确定了轮对蛇行运动过程中各部分所做的功及其对应的能量传递路线; 通过数值仿真计算不同参数条件下的输入能量, 对比了踏面等效锥度、轮对质量、一系悬挂刚度与重力刚度等参数对轮对稳定性的影响规律。研究结果表明: 蠕滑力和锥形踏面的协同作用是轮对产生蛇行运动的根本原因, 蠕滑力中的刚度项通过调节纵、横向蠕滑率向轮对系统横向运动输入能量, 蠕滑力中的阻尼项耗散轮对系统的能量; 当输入能量大于耗散能量时, 轮对蛇行运动发散, 当输入能量小于耗散能量时, 蛇行运动收敛, 当输入能量等于耗散能量时, 轮对做等幅周期运动; 增大轮对质量和车轮踏面等效锥度不利于轮对的稳定性, 增大一系悬挂纵、横向刚度对轮对稳定性有利; 踏面等效锥度对轮对稳定性的影响最大, 当锥度由0.15增大到0.20时, 输入能量增大了约9.5倍; 一系悬挂刚度的影响次之, 刚度由75kN·m-1增大到100kN·m-1时, 输入能量减小了约60%;轮对质量影响最小, 轮对质量由1 000kg增大到2 100kg时, 输入能量增长了约1.1倍; 在锥形踏面下, 重力刚度对轮对稳定性的影响可以忽略。      

智慧公路设备横梁风振特性研究

针对智慧公路设备横梁大幅振动问题,通过分析等截面直梁受迫振动特性,结合风在横梁处绕流时旋涡脱落频率进行计算,证明横梁振动为风作用下的驻波,对应于横梁的一阶振型,振动频率与旋涡脱落频率相同,振幅与结构固有频率、激励频率和阻尼具有相关关系,固有频率与横梁直径成正比,与跨径平方成反比,随横梁质量增加而减小。当激励频率与固有频率接近时,横梁将发生大幅共振,通过提高结构刚度、增加阻尼或改善断面气动外形可抑制风振。     

路面振动压实系统动力学仿真分析

从振动压路机垂直加速度和路面压实度的动力学关系出发,建立了路面振动压实系统模型。基于Simulink的仿真结果表明:在振动压路机合理工况范围内,激振力和振动频率保持不变,振动轮加速度随着路面材料的刚度系数的增大而增大,随着阻尼系数的减小而增大。利用有限元分析软件ABAQUS,建立振动轮-路面三维有限元模型。结果表明:在路面材料允许情况下,采用强振和一挡行驶速度压实的效果最好,随着碾压遍数的增加,密实度提高;在进行复压和终压时,振动压路机的碾压速度应适当提高,可以选择二挡行驶速度进行压实,有利于提高生产效率,降低施工成本。     

高架轨道结构振动特性分析

目前高架轨道是城市轨道交通的主要结构型式之一,为分析其结构振动特性,通过建立高架轨道垂向振动解析梁模型和有限元模型,采用动柔度法计算高架桥速度导纳和轨道速度导纳,并分别考虑桥梁支座刚度、桥梁截面形状对高架桥振动的影响以及高架桥基础和扣件刚度对轨道结构振动的影响。结果表明,桥梁支座刚度和截面形状在低频段对高架桥的振动有较大的影响,在高频段影响较小;高架桥结构对轨道的振动在20 Hz以下有明显的影响,在20 Hz以上基本没有影响;提高扣件刚度有利于减小轨道的竖向振动,但同时增大了轨道的固有频率。     

整体道床轨道扣件刚度对钢轨声功率特性的影响

为了研究整体道床轨道扣件刚度对钢轨垂向振动声功率特性的影响,建立了平面半轨道模型,利用谱元法计算了钢轨导纳,建立了轨道周期子结构模型,利用谱传递矩阵法计算了轨道衰减率;结合钢轨导纳和轨道衰减率计算结果,得到了单位简谐点激励作用下的钢轨声功率级,分析了扣件刚度对钢轨相对声功率级的影响. 研究结果表明:在单位简谐点激励作用下,中低频范围内的钢轨声功率级随着频率的增大而提高,在1/3倍频程中心频率800 Hz处,钢轨声功率级出现峰值;钢轨声功率级随着扣件刚度的减小而增大,但主要影响的频率范围为400 Hz以下;扣件刚度减小越多,钢轨声功率级增大越显著;扣件刚度的减小使得钢轨声功率级在钢轨弯曲共振频率处增加量最大,这是因为在该频率下钢轨导纳幅值增加量和轨道衰减率减少量均较大.