单轮对纵向颤振数值仿真及机理分析

在进行机车车辆动力学分析时,除了进行启动和制动研究外,通常将机车的前进速度考虑为恒速,且不考虑轮对纵向振动指标.最新的研究表明,轮对纵向振动作用因素不可忽视,强烈的轮对纵向振动会导致踏面剥离和车体垂向异常振动现象的发生.为了研究轮对纵向振动问题,在将轮对纵向运动考虑为非恒速的基础上建立了单轮对纵向振动简化模型,并推导出包含7个自由度的轮对运动方程,其中轮轨接触考虑为准弹性接触模型.通过根轨迹分析确定了轮对纵向振动的固有频率,发现轮对纵向振动是一种自激振动,在参数不变的条件下具有固定的频率.通过分析提出一种轮对纵向颤振速度的预测方法,研究了轮对纵向颤振的产生机理,指出线路不平顺、轮对横移、摇头的作用是诱发轮对纵向颤振的原因,并通过数值仿真再现了轮对纵向振动现象.     

轨道不平顺对轮对纵向振动影响分析

轮对纵向振动问题是一个长期以来被忽略的内容,研究发现轮对纵向振动虽然对整车的横向稳定性影响不大,但却对整车的垂向动力学性能和轮轨动态作用力有很大的影响。进一步分析发现,剧烈的轮对纵向振动,与轨道的横向和高低不平顺有关。在光滑的轨道上不会发生纵向共振。提出通过改变一系垂向减振器的布置方式可以抑制轮对的大部分纵向振动,减小轮轨动态作用力,延长轮对和钢轨的使用寿命。     

提速机车车轮踏面剥离问题研究

在研究提速机车垂向异常振动问题的过程中,发现轮对相对于转向架在纵向存在着剧烈的高频共振现象;同时发现轮对的纵向振动现象是一种客观存在的现象,不管它有没有发展成共振。由此联想到通过消除轮对的纵向共振现象来改善轮轨动态作用力,进而实现从本质上解决机车车轮的踏面剥离问题,提高踏面的使用寿命。     

采用下摇枕转向架的车辆横向稳定性研究

对采用下摇枕结构转向架的车辆进行了线性和非线性稳定性分析后得出如下结论:车辆失稳模态为构架与轮对同频同相振动的转向架蛇行模态,随着车轮踏面磨耗,车辆横向稳定性降低;当一系水平刚度减小时,轮对蛇行模态的自然阻尼减小;当牵引杆纵向刚度降低时,构架横向振动模态自然阻尼减小,横向稳定性降低。轮对水平定位刚度和旁承摩擦因数以及牵引杆纵向刚度对下摇枕结构车辆横向稳定性具有显著影响,三者中任一参数的变化都会影响到整车横向稳定性。     

HXD1型电力机车脚蹬断裂问题分析与试验

阐述了电力机车脚蹬断裂原因调查的过程及结果。一台振动异常的机车被选来做试验,在试验过程中机车运行状态与正常运行一致。车轮镟修前、后,均对机车的车轮不圆度以及关键零部件包括脚蹬、轴箱和构架的振动进行了测试。试验结果表明,车轮存在12~19阶多边形,1/3倍频程中心波长为200 mm。镟轮不能完全消除车轮的多边形特征,在镟轮后车轮仍然存在16~19边形特征。振动测试显示,镟轮前脚蹬、轴箱和构架存在相同的振动主频,频率与多边形通过频率接近。脚蹬纵向在70~90 Hz范围内存在固有振动,车速在50~80 km/h范围内时,车轮多边形的通过频率与脚蹬70~90 Hz的固有频率一致,引起脚蹬共振,是导致脚蹬断裂的主要原因。     

转向架非主体结构件模态频率规划与设计验证

针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题。首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比，给出了构架上设备大于100 Hz和轮对上设备大于250 Hz的模态频率一般建议，并建议基于线路主激振频率按1.414或1.19作为频率间隔参考系数进行模态频率优化。另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373的功能振动试验，说明了车轮多边形对振动量级的影响很大，建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法，并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373标准放大的试验量级。最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法，结合转向架管夹座优化示例，通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择，从而实现提高结构寿命的目标。     

车轮多边形激励下高速转向架构架振动特性分析

车轮多边形通过轮轨接触产生高频激励,会加剧高速转向架的振动、恶化结构部件振动环境,显著影响高速车辆的动力学性能和疲劳寿命。建立了考虑柔性轮对与构架的高速车辆刚柔耦合动力学模型,并开展台架试验验证,通过仿真探究前后轮对多边形相位差、多边形激扰频率与波深对构架振动特性的影响。结果表明：双轮对车轮多边形激励下的构架振动响应大于单轮对激励,但在激励引起构架结构模态共振时二者之间的差距会减小;前后轮对多边形的相位差会引起构架振动的相位差,但对振幅大小无明显影响;在同一激扰频率下,多边形波深越大,构架的振动越大。本研究可为多边形产生和传播机理及抑制措施提供参考。     

HX_D1F型机车转向架构架模态分析

利用有限元分析和试验测试的方法对HX_D1F型机车转向架构架进行了模态分析,得到了构架的前4阶模态,掌握了构架的振动特性,为HX_D1F型机车各部件的匹配设计、防止各部件共振提供了分析依据。     

机车黏着极限态驱动装置结构共振研究

机车处于轮轨黏着极限状态运行时,轮轨黏着饱和及负斜率特性使得驱动轮对出现复杂的动力学现象。为了研究机车驱动装置受到轮轨动态激励的响应,首先研究黏着极限状态轮轨的黏滑特点及其引起轮对的动力学问题,然后建立机车的多体动力学模型,仿真驱动装置各结构部件的振动及其振动主频率,得出避免机车驱动装置结构发生共振的参数匹配原则。结果表明:机车处于黏着极限状态运行时,轮轨间黏滑状态会产生驱动轮对的纵向振动和驱动装置的自激振动等典型动态特征;驱动装置自激振动会激发基于结构固有频率的振动,且各结构振动会相互影响。因此,需合理选取牵引电机吊挂关节的刚度,避免基于电机点头振动固有频率及各结构部件固有频率的振动。特别是,若牵引电机转子旋转、轮对扭转振动和轮对纵向振动的固有频率一致,将引起驱动装置结构产生共振。     

机车起动工况轮对纵向振动研究

轮对的纵向颤振会严重影响铁道机车车辆动力学性能,并且会引起轮轨非正常磨耗,导致发生轮对多边形化及踏面发生剥离。但是,机车车辆动力学研究中对轮对的纵向动力学特点的研究却往往被忽略,国内外少见对轮对纵向颤振问题的研究报道。首先描述了4个自由度的单轮对简化模型,并推导出其运动方程。在此基础上,对机车模型进行牵引工况下动力学数值仿真,研究其在此工况下的纵向振动现象,进而对影响轮对纵向振动明显的参数,诸如一系纵向定位刚度,轨道不平顺形式以及黏着系数等进行分析,对今后减小轮对纵向振动的方法研究提供理论依据。     

轮对振动对产生钢轨异常波磨的影响

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,从轮对角度出发,探讨轮对振动与钢轨异常波磨之间的关系;根据北京地铁钢轨异常波磨现场调查及测试发现的轮轨共振现象,建立轮对三维有限元分析模型;分别对动车和拖车轮对进行垂向及扭转振动分析,提出轮对振动与钢轨异常波磨之间的联系.     

车轮降噪阻尼器在北京地铁车辆上的应用

噪声防治是城市轨道交通面临的一大课题,而控制轮轨噪声则是从源头来治理轨道交通噪声。文章对北京地铁车辆的轮轨噪声进行了测试和分析,并率先在地铁13号线车辆上采用了车轮降噪阻尼器,通过对比实验表明它对消除中高频轮轨噪声具有明显的作用。     

空间耦合振动下车轮谐波磨耗对车辆运行安全的影响

车轮谐波磨耗造成的轮轨间高频接触振动和冲击,是高速列车运行不可忽略的问题,会对列车运行安全性造成重大影响。阐述了车轮谐波磨耗形式,建立了包含柔性钢轨及路基的列车-轨道-路基耦合系统动力学仿真模型。根据实测统计数据中最常见的1阶、6阶和11阶谐波磨耗、波深为0.1 mm和0.3 mm的6种典型谐波磨耗进行了轮轨横向振动加速度分析,并研究了轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力3个安全性指标。依托相应铁路行业标准对研究结果进行对比,结果表明:最大轮轨横向振动加速度在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时达到峰值;最大轮轨横向力在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时接近国标限定值;最大轮重减载率在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时超过安全限值;最大脱轨系数在不同形态谐波磨耗下均在安全限度范围内,不会发生脱轨现象。     

KZ4A型机车车轮强度计算和轮对模态分析

采用有限元软件对KZ4A型交流传动电力机车的车轮静强度和疲劳强度进行计算,计算结果表明车轮强度满足要求。同时对轮对的模态进行了分析,得到了轮对的固有振动特性。     

采用不同车轮耦合方式的轮对纵向振动分析

针对传统轮对、独立旋转车轮及弹性阻尼耦合轮对,利用Matlab编制了仿真程序,采用卡尔克简化理论FASTSIM分析了不同模式轮轨系统的纵向振动特性。认为不同模式轮轨系统的纵向振动情况的不同是由其左、右轮的不同耦合方式引起的。     

动车组司机室地板异常振动问题分析

以某型号高速动车组为研究对象,分析司机室地板异常振动问题,通过线路跟踪测试,获取了司机室地板结构异常振动的具体特性;基于车辆振动传递特性和振动相关性分析方法,对可能引起地板异常振动的轮轨和传动系统传递路径分别进行了研究;结合车轮踏面外形及车轮不圆度测试,分析了地板结构异常振动产生的根源;提出了相应的控制措施。研究结果可用于指导动车组车辆局部振动问题的解决和优化改进。     

轨头不平顺对列车提速危害的计算机仿真研究

采用车辆-轨道耦合大系统的思想,将钢轨简化为弹性点支承有限长的欧拉梁、轮轨接触关系采用弹簧接触,建立出轮轨动力学模型.分析车轮以不同速度行驶过程中,受轨道低接头不平顺激励下轮轨相互作用垂向振动响应.并得出低接头不平顺对列车提速的影响.