曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应影响研究

高速列车曲线通过时,车辆系统受力状态比直线行驶更为复杂,加上列车复杂车轨耦合系统,列车牵引齿轮传动系统动力学响应难以预测,所以探究曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应的影响,对于判断牵引齿轮传动系统运行状态是必要的。通过有限元缩聚与轨道车辆动力学相结合方法,运用SIMPACK软件建立了高速列车刚柔耦合精细化动力学模型,考虑齿轮箱、齿轮副和轮对的柔性,研究不同曲线通过参数对齿轮箱动力学响应的变化规律。结果表明超高值和曲线半径对齿轮箱各轴承振动加速度影响规律不同,对齿轮副传动误差峰峰值及径向力幅值变化影响较大,对齿轮时变啮合刚度、接触应力、轴向力和圆周力幅值变化影响较小。     

牵引电机谐波转矩对高速动车动力学性能的影响

在传统的车辆系统动力学分析中,很少考虑牵引电机谐波转矩的影响,实际上,谐波转矩会造成电机转速的振动,进而对车辆系统产生动作用力。为了计算牵引电机谐波转矩及其对高速动车组动力学性能的影响,针对国内某型动车组上的牵引电机参数,计算了前4次谐波转矩的含量并且加入到车辆系统动力学模型中,经计算发现:谐波转矩对车辆系统的舒适度、磨耗功指标影响较大,对临界速度、横向与垂向平稳性指标、脱轨系数和最大轮轴横向力影响不大;谐波转矩也会较明显地加大齿轮箱、牵引电机本身的纵向加速度均方根值。进一步比较发现:随着速度的升高,谐波转矩对它们的影响会越来越大。     

中国标准动车组齿轮箱箱体动态特性分析研究

通过线路试验获取了中国标准动车组齿轮箱箱体振动加速度时间历程。结合车载GPS信号,分析了列车运行速度、轨道结构条件、通过道岔等典型工况下齿轮箱箱体的振动响应及变化规律。采用核密度估计函数分析箱体振动加速度的分布特点,并依据3σ准则给出了不同出现概率下箱体振动加速度的最大幅值。研究结果表明:随着列车运行速度的增大,箱体振动强度呈现增大趋势;列车由有砟轨道进入无砟轨道时,齿轮箱箱体横向、垂向振动加速度有效值分别增大了28%,29%;列车通过道岔时,齿轮箱箱体振动加速度幅值及有效值均有较大的波动。采用核密度估计的加速度概率分布与实测数据更为吻合,350km/h列车运行速度下,出现概率为99.73%时箱体横向、垂向振动加速度幅值分别为10.69g,8.78g。该研究获得的齿轮箱箱体动态特性为高速列车齿轮箱箱体的开发和运用提供参考。     

内部激励下高速列车齿轮箱振动行为及轴承载荷特性实验研究EI北大核心CSCD

内部激励是影响高速列车齿轮箱振动及齿轮箱轴承动载荷的重要因素。借助齿轮箱传动系统试验台架,在多种扭矩与转速工况下,开展了高速列车齿轮箱箱体振动响应及齿轮箱轴承载荷测试试验。对各工况下齿轮箱不同部位的振动信号进行分析,发现特定转速下的齿轮啮合频率能够激发齿轮箱箱体的模态共振,而扭矩能够影响系统的频响特征。对加速工况下的齿轮箱振动加速度进行了阶次跟踪,并通过基于阶次的工作模态识别方法获取了齿轮箱箱体的模态参数,发现齿轮箱的工作模态振型导致了齿轮箱在不同转速下振动行为的差异。通过对比不同工况下齿轮箱振动加速度均方根和实测轴承载荷变异系数,建立了齿轮箱轴承载荷动态特性与齿轮箱振动行为间的对应关系。     

驱动工况下高速动车组蛇行失稳非线性度

基于信号的波内调制现象定义信号的非线性指标,并研究高速动车组在驱动工况下(驱动系统在直接转矩控制下)蛇行失稳的非线性特征。首先建立包括高速动车组的车辆动力学Simpack子模型和牵引传动系统的直接转矩控制Matlab/Simulink子模型在内的机械电气耦合联合仿真模型,然后计算动力学响应,最后基于黄变换计算列车在蛇行失稳状态下动力响应的非线性指标变化。仿真结果表明:若列车出现蛇行失稳,转向架和车体横向振动非线性指标会急剧增大;完全失稳情况下,车体横向加速度非线性度大于0.1,转向架横向位移非线性度大于0.3。     

电动车动力传动系机电耦合扭转振动分析与控制

对电动车动力传动系统的机电耦合扭转振动进行分析与控制。利用整车转鼓试验测得稳态工况下的电流信号,分析引发传动系统扭转振动的主要电流激励谐次;基于最大转矩电流比控制方法,结合传动系统机械振动模型,搭建综合考虑机械、电气相互影响的机电耦合模型,进行仿真分析;提出能够减小传动系统扭转振动幅值的电流谐波优化方法,阐述其原理并搭建其控制模块。控制前后的仿真结果表明,电流谐波优化方法可以有针对性的抑制电流的5倍、7倍谐波,减小6倍电流频率的转矩波动,降低传动系统在中高频固有频率处的振动幅值。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置（即0°与180°）随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

大功率风电齿轮箱系统耦合动态特性研究

大功率风电齿轮箱为风力发电机组关键部件之一,其工作特性对风电机组稳定运行具有重要影响。针对某大功率风电齿轮箱参数及工况,考虑斜齿轮副时变啮合刚度和传递误差激励,建立齿轮箱传动系统子结构模型;基于均匀弯曲Timoshenko理论,建立齿轮箱箱体子结构模型;根据传动子结构和箱体子结构系统变形协调条件,建立大功率风电齿轮箱系统耦合动力学模型,对系统振动响应进行计算分析。研究表明:各级齿轮啮合激起结构响应频率,结构响应频率与系统齿轮啮合频率未发生共振;在系统振动加速度响应频率成分中,除三级齿轮传动啮合频率外,存在调频现象,并将研究结果与试验结果进行对比分析。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

服役工况下高速动车组齿轮箱箱体振动特性分析

为探究某高速动车组齿轮箱箱体在服役工况下的振动特性,对齿轮箱开展线路跟踪服役试验,通过分析测试系统在齿轮箱箱体多路线工况下采集的数据,研究其所真实反映的齿轮箱箱体及轴箱在实际运营线路中的振动特性。结果表明:齿轮箱箱体的振动比轴箱的振动更易受到列车速度变化的影响,且箱体的振动加速度与列车运行速度变化趋势基本一致;试验动车组在镟轮后运营15万至20万公里时踏面形成23阶车轮多边形,且23阶车轮多边形的激扰主频655 Hz与齿轮箱箱体局部固有频率相近,发生共振现象。此外,列车运行过程中轮轴转频、枕跨冲击频率等调制频率也会加剧箱体振动。有关结论能为高速列车齿轮箱性能评价及优化提供参考。     

牵引电机传动系统噪声及振动分析

通过牵引电机传动系统噪声及振动的特性分析,采用噪声与振动分析系统对牵引电机传动系统进行噪声与振动测试,分析得出：随着转速的提高噪声值增加,并主要分布在频率为800 Hz附近,MIC02噪声高于MIC01噪声;齿轮箱的振动要高于电机振动。其研究结果对牵引电机传动系统减振和降噪设计提供依据。     

大型风电齿轮箱系统耦合动态特性的研究

综合考虑轮齿啮合时变刚度、齿轮传递误差、齿轮啮合冲击以及风载变化等因素影响,建立具有多级齿轮传动的大型风电齿轮箱的齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学模型。对风电齿轮箱系统有限元模型进行耦合模态分析,运用模态叠加法对齿轮箱系统在内部激励与外部激励综合作用下的振动响应进行求解。将仿真结果与实验数据对比,进而得到齿轮箱各点振动位移、速度、加速度及结构噪声等系统动态评价指标,为大型风电齿轮箱动态特性的准确评价及齿轮系统动态性能优化设计提供理论依据。     

高速动车组构架载荷特征研究

高速动车组转向架构架不仅承受和传递来自一系和二系悬挂系统的载荷,而且承受来自电机、齿轮箱以及牵引制动等部件产生的载荷,因此,这些载荷引起的构架结构疲劳可靠性受到广泛关注,但这些与构架结构可靠性密切相关的载荷却少有研究。该文提出解耦和降维法识别某型高速动车组构架轴箱弹簧垂向载荷、定位节点横向载荷、电机垂向和横向载荷、齿轮箱垂向载荷以及抗侧滚装置载荷,制作测力构架并首次实际线路全面测试该型动车组运行过程中载荷引起的应变信号,列车最高试验速度368 km/h。对测试数据进行处理和分析,获得了高速动车组运行工况下这些载荷的时间历程,分析了载荷的时域和频域特征,给出了轴箱弹簧载荷峰值与运行速度之间关系。采用雨流计数法统计了载荷峰谷值和频次,获得了不同速度等级下载荷谱,给出了构架200万次试验条件下的等效载荷。结果表明:轴箱弹簧载荷、定位节点横向载荷、电机载荷以及齿轮箱载荷受列车运行速度和轨道激扰影响明显,抗侧滚装置受列车速度和曲线条件影响明显,轨道随机激扰对抗侧滚装置载荷影响不明显。钢轨现场焊接接头不平顺使得轴箱弹簧承受明显的冲击载荷并作用于构架,且该冲击载荷频率一般为49 Hz~51 Hz。列车正线行驶时,轴箱弹簧载荷最大动荷系数0.23,构架侧滚和浮沉载荷系数最大值分别为0.14和0.1。电机和齿轮箱载荷峰值接近标准JIS E4208给出的动载荷值。幅值频率积可直观地表示中高频范围内载荷幅值变化特性。该文研究结果对高速动车组动力学研究和构架结构设计及疲劳试验等具有重要意义。     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-?数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明：与单轴系转子裂纹故障不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供了理论基础。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

船用高速发电机基波磁场下机座电磁振动

以船用高速同步发电机为对象进行电磁振动特性分析。用有限元法计算空载下电机基波气隙磁场引起的径向电磁力波在机座机脚处垂向振动加速度。通过对不同机座安装方式、材料刚度及结构阻尼的振动仿真对比,分析影响振动加速度主因及有限元模型简化处理对计算结果影响。用三维谐波场及瞬态场有限元法计算机脚振动加速度,用电动机运行法测试发电机空载下机座机脚振动加速度。结果表明,仿真与试验结果基本一致,机座及机脚振动受机座安装方式影响较大,定子振幅受材料弹性模量响应较大,在弹性安装/自由状态下机座形变分布主要受结构阻尼影响。该结果可为船用高速电机减振降噪设计、研究提供依据及参考。     

考虑结构柔性的多级齿轮箱变速过程动态特性研究

为了满足齿轮箱在变速过程中的分析需求,在集中参数/有限元法基础上提出一种适合变速过程分析且考虑结构柔性的多级齿轮箱耦合动力学建模方法。为验证所提方法的有效性,以某型直升机主减速器为研究对象,构建其耦合动力学模型;模型中考虑了传动轴和箱体结构的柔性,并将齿轮时变啮合刚度和综合啮合误差表示为齿轮角位移的周期函数。研究了多级齿轮箱在变速过程中的动力学特性;揭示了恒定风、湍流风和阵风对直升机主减速器的影响。结果表明:变速载过程中齿轮箱激励与动态响应随转速和负载实时发生改变;激励频率及响应波动幅值随转速增加而增大,激励影响程度及响应均值随负载加重而递增。与恒定风相比,湍流风会恶化系统的载荷环境;在阵风作用下传动系统的振动最大。