减振轨道对地铁车辆动力学性能的影响研究

为研究地铁A型车辆在不同等级减振轨道上行车时的动力学特性,基于车辆-轨道耦合动力学理论,以深圳地铁某线路实际铺设的不同等级减振轨道为研究对象,建立考虑不同等级减振轨道的地铁A型车辆-轨道垂向耦合动力学模型,采用数值仿真的方法分析不同等级减振轨道下车辆-轨道耦合系统的动力学特性。结果表明:相对于铺设其他两种等级减振轨道,铺设高等和特殊减振轨道时车体的垂向振动加速度均方根值增幅超过30%,车体垂向Sperling平稳性指标增幅超过5%;钢轨垂向位移增加明显且钢轨垂向位移的标准差增加了约3倍。主要结论为:采用高等级减振轨道会一定程度恶化车辆动力学性能和乘客乘车环境,在实际选取不同等级减振轨道时应综合考虑地铁车辆的行车动力学性能。     

轨道车辆动力学性能仿真用轨道谱的研究

利用国内外实测轨道不平顺归纳出的轨道谱公式进行数值反演,重新得到的时域历程是开展车辆动力学性能研究,进行轨道车辆动态仿真、实车激振试验的重要输入。分析了几种反演的轨道不平顺信号,发现某些时域信号存在着明显的周期性和空白频段现象。采用基于功率谱的白噪声窗口式滤波法生成的轨道不平顺较好地避免了以上问题,生成的轨道不平顺时域信号用于轨道车辆运行时的动力学性能仿真,结果与试验数据有较好的一致,表明该反演方法得到的轨道不平顺在动力学仿真计算中具有较好的适用性。     

基于递阶神经网络的轨道车辆振动状态预测

车体振动加速度是反映车辆振动状态及轮轨接触性能的重要参数。运用机器学习方法,结合车辆动力学模型,构建了轨道输入参数对车辆振动反映的神经网络预测模型。通过SIMPACK动力学仿真软件获得模型的输入与输出,为提高模型的预测精度,运用遍历法确定了网络的时延阶数、隐节点等模型参数。仿真结果表明,该模型可以准确预测出在不同轨道不平顺激励下的车体振动加速度。     

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统动力学模型，推导了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰，对弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真，并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。     

轨道车辆动力学性能与轨道条件密切相关

轨道车辆与轨道线路是一个相互作用的大系统,轨道车辆必须也只能在一定轨道条件下满足动力学性能要求。因此,车辆验收运行试验也应该在规定的线路条件下进行,线路条件除平纵断面及线形变化外,还应包括各类轨道不平顺。     

轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动方差解法

提出时滞多维非白噪声轨道不平顺激励下车辆-桥梁垂向随机振动的时域分析方法。采用白噪声滤波法模拟单轮对下的不平顺,在宽频带内识别滤波器参数以实现波长选择功能。基于Pade近似构造累次时滞滤波器以反映各轮对下不平顺之间的时滞关系。结合成型和时滞滤波器,构造以一致白噪声为输入、时滞多维非白噪声不平顺为输出的合成滤波器。建立车辆-桥梁垂向振动模型,并与合成滤波器联立得到一致白噪声激励下的车-桥-滤波器扩阶状态方程。继而提出求解此扩阶时变系统随机振动方差响应的递推算法。算例结果与MonteCarlo模拟法符合良好,表明该方法具有足够的精度,且对时间步长不敏感。     

车轮踏面磨耗及轨道不平顺联合作用下的车辆-轨道系统随机分析模型

车轮磨耗和轨道不平顺具有随机特征。基于车轮圆周磨耗的概率特征及高斯分布假设,将车轮型面离散化,形成车轮型面磨耗量的概率反演方法;同时,基于轨道不平顺概率模型,实现轨道不平顺在不同幅-频状态下的遍历随机模拟。结合车辆-轨道耦合动力学理论和概率方法,建立考虑车轮踏面磨耗-轨道随机不平顺耦合作用的车辆-轨道随机分析模型,并用一类概率密度演化方程解决模型的概率密度传递问题。此模型能较好分析车辆-轨道系统在不同车轮型面磨损及线路随机不平顺联合作用下的动力响应分析及可靠度计算问题。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

车辆-轨道耦合动力学研究的新进展

车辆－轨道耦合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域，近10年来发展迅速，并取得重要进展，已形成独特的理论体系，本文首先简要回顾了车辆－轨道耦合动力学的研究历史，并对国内外形研究进展作了概要介绍，在此基础上着重介绍了作者及其课题组近期开展的研究工作及主要研究结果，包括理论模型，计算机仿真，试验验证，参数确定及应用实践等方面的具体进展，最后指出了机车车辆与轨道系统动力学领域今后拟进一步研究的问题。     

基于轨道车辆轴箱加速度的动态轨道不平顺分析

提出了一种基于加速度积分算法的动态轨道不平顺计算方法,通过剔除趋势项,选择合理的采样比,提高加速度数据对位移的预测精度.建立了引入轨道不平顺的单轮轨模型,由此得出的一系簧下质量的加速度响应能够反映动态轨道不平顺.以某运营线的地铁车辆作为研究对象,排查了其车轮踏面情况对轴箱振动的影响,对不同线路上的轴箱加速度数据进行动态...     

基于时频谱和集总经验模式分解(EEMD)包络谱分析的地铁车辆故障分析

在分析地铁车辆激扰源特征和影响的基础上,针对车辆振动信号非线性、非平稳性的特点,提出一种地铁车辆故障综合诊断方法:时频法(短时傅里叶变换、希尔伯特-黄变换)和基于集总经验模式分解(EEMD)的Hilbert包络谱分析法。对某异常地铁车辆进行测试,并运用该方法进行诊断分析。综合分析表明,该车辆转向架构架异常振动并开裂的故障源为车轮。这与车轮检测结果一致,说明此综合诊断方法准确有效。     

基于轨道车辆频域模型的二系垂向悬挂元件状态监测

基于轨道车辆动力学的频域模型对悬挂元件的状态监测问题展开讨论。以二系垂向悬挂元件故障为例,应用聚类经验模型分解方法（EEMD）分析悬挂元件故障对车体加速度的影响,并基于转向架与车体之间的动力学联系,设计了状态监测算法。研究结果表明：悬挂元件的故障发生在前转向架或后转向架对车辆动力学特性造成的影响不同,有必要对前、后转向架的悬挂元件分别建立状态监测变量;数值仿真试验说明,本文设计的悬挂元件状态监测算法能有效识别分属前、后转向架悬挂元件的工作状态,满足实时状态监测的要求。     

基于EEMD能量熵-LPP的高速列车转子系统故障特征提取方法

针对高速列车轴承转子系统微弱故障特征提取难的问题,提出了 一种基于EEMD能量熵-LPP的高速列车转子系统故障特征提取方法.该方法结合EEMD、能量熵和LPP,首先对振动信号进行EEMD自适应分解,计算高频IMF分量的能量熵获得高维特征向量集完成初步特征提取;然后通过LPP算法将高维特征向量集投影到低维空间对特征进一步...     

基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。     

长大连续坡道梯形轨道垂向动力学性能研究

梯形轨枕轨道是一种纵向轨枕轨道系统,轨枕由PC纵梁和横向钢管联接杆件构成。国内外城市轨道系统铺设梯形轨道的应用结果表明,梯形轨枕可大幅度提高对列车荷重的分散能力,且具有良好的减振和降噪性能。根据梯形轨枕轨道结构特点建立弹性地基梁-板模型,利用有限元方法计算在不同列车运行速度和不同坡度情况下梯形轨枕轨道系统的垂向动力响应,对在线路长、落差高的长大连续坡道上铺设梯形轨道的垂向稳定性进行论证。计算结果表明长大连续坡道上梯形轨枕垂向动力响应符合标准,可以在城市轨道交通的长大连续坡道区段铺设。     

弹性长枕无砟轨道垂向动力学计算分析

建立弹性长枕无砟轨道的梁—梁—板模型,计算垂向位移、加速度与行车速度的关系,扣件瞬时上拔力与行车速度的关系,垂向位移、加速度与扣件、枕套和路基刚度的关系,垂向位移、加速度与长枕、道床板质量的关系等;分析无砟轨道弹性长枕在不同扣件、枕套、地基刚度和不同弹性长枕、道床板质量下的动力响应;找出扣件、枕套、地基刚度及弹性长枕、道床板质量与垂向速度、加速度、轨枕侧滚等的关系。在弹性长枕、道床板质量和扣件、枕套、地基刚度不变情况下,计算列车不同速度下各垂向动力响应,找出列车速度与垂向位移、加速度的关系。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

时频分布在FSK信号解调中的应用研究

时频分布作为现代信号处理研究的热点，它能同时描述信号在频率域和时间域内变化。移频轨道电路信号是一种相位连续的移频键控（FSK）信号，它的载频和低频信息通过FFT可以很容易的检测出来，但上下边频的高精度检测，一直是比较棘手的问题。本文提出了一种基于时频分布的FSK信号的解调方法，这种方法可以克服单一时域或频域FSK信号解调时的缺点，实现对FSK信号的上下边频的可靠、高精度的解调。文中对FSK信号的WVD、PWVD和SPWVD结果作了比较，选择了基于SPWVD来估计FSK信号的上下边频，并给出了具体的算法步骤。计算机仿真表明，采用SPWVD可准确地解调出移频信号的上下边频，与FFT相结合，可实现移频信号的完整解调。这为研制高精度的FSK信号检测仪器奠定了理论基础。     

基于弹性构架的地铁车辆动力学分析

为避免车辆弹性动力学分析中自由度数多、求解方程慢的问题,运用Guyan矩阵缩减理论选出模型中能描述动力学行为的部分。运用Ritz模态向量叠加理论考虑构架的弹性变形对地铁车辆动力学行为的影响。用车辆系统的位形坐标与构架的模态坐标建立刚—柔混合多体系统动力学模型,使自由度得到缩减。从而较快得到地铁车辆具有构架弹性振动的动力学响应,其结果与刚体动力学模型相比有明显差别。