内燃动车动力包刚柔耦合系统动力学特性分析

以某带空冷、静压泵装置双子系统的典型内燃电传动车组动力包为研究对象,分别考虑构架刚性和柔性建立动力学模型,研究中间构架柔性对带双子系统的双层隔振系统模态特性和谐响应的影响.研究表明:构架柔性对机组整机振动能量的影响很小,最大仅有0.58％;考虑构架柔性后,构架上的振动响应在整个频段上仍是以刚体振动模态响应为基础,对于构...     

双层隔振系统模态匹配分析及其振动特性

针对出口内燃动车动力包的双层隔振问题,根据双层隔振系统的结构参数,建立双层隔振系统的有限元模型。对双层隔振系统进行了模态计算,掌握了系统的频率特性。根据柴油机组激振力的频率特性,定量对双层隔振系统进行模态匹配分析。对双层隔振系统进行谐响应计算,准确判断构架和机组是否发生共振,验证模特匹配的合理性。施加怠速工况下的各个激振力,对双层隔振系统进行了强迫振动计算,计算双层隔振系统的振动烈度和传递率。结果表明：双层隔振系统的隔振性能良好,能满足实际工程需求,研究结果可为实际工程提供参考。     

双层隔振系统有限元建模方法探讨

双层隔振系统能大幅度地降低动力机械的振动而得到了广泛应用。内燃动车柴油发电机组双层隔振系统建模的精度直接影响到隔振性能和支撑机组的公共构架的静强度问题,对双层隔振系统公共构架和机组的建模中单元属性的设置、网格划分、静强度计算中应力集中以及建模方式问题进行探讨。结果表明:隔振器的等效方式和圆弧的处理方式能最大程度地消除局部应力集中,模态计算中单元属性的设置至关重要。建模方法可为类似结构双层隔振系统的有限元建模分析提供参考。     

双层隔振系统解耦优化研究

针对某型出口内燃动车柴油发电机组动力包的双层隔振系统解耦优化问题,经分析认为,一级、二级隔振器的刚度是影响双层隔振系统解耦的主要因素。根据双层隔振系统解耦理论和解耦原则,确定一级、二级隔振器的刚度;按照公共构架、车体主要模态频率的变化范围确定一级、二级隔振器刚度的可能取值;利用Matlab编程,对可能刚度方案进行排序。以双层隔振系统12自由度综合解耦度最大、绕曲轴方向的α解耦度最大、机组的振动烈度最小和二级隔振器安装位置的动支反力最小为优化目标进行编程,来比较由解耦理论和原则确定的刚度和优化刚度的综合隔振效果。结果表明,根据隔振解耦理论和原则得出的隔振器刚度综合隔振性能较好,但不是最优的。优化的刚度方案可为实际工程提供参考。     

分布参数双层隔振系统建模及其振动传递特性

从振动能量传递观点及工程实际隔振设计的角度出发,建立了中间连续筏体和中间分散质量两类双层隔振系统的解析模型。考虑连续筏体、隔振器及安装基础的分布参数特性,基于导纳矩阵理论对两类双层隔振系统的动态特性传递方程进行了理论推导。以功率流为价值函数揭示了系统振动传递机理并阐述了实际双层隔振设计需遵循的一般规律。实例研究表明：力矩激励在隔振系统能量传输中扮演着重要角色,应尽量减少力矩扰动带来的能量注入;在能耗效率及安装空间允许条件下,适当放大中间质量可获得更佳的隔振效果;中间筏体的柔性、隔振器的分布参数特性以及安装基础的非刚性因素使得中高频隔振性能恶化,采用中间分散质量方案可有效避免筏体柔性模态影响,并能显著降低隔振器驻波同柔性筏体模态间的耦合交互引起的能量峰值。     

分布参数双层隔振系统建模及其振动传递特性

从振动能量传递观点及工程实际隔振设计的角度出发,建立了中间连续筏体和中间分散质量两类双层隔振系统的解析模型。考虑连续筏体、隔振器及安装基础的分布参数特性,基于导纳矩阵理论对两类双层隔振系统的动态特性传递方程进行了理论推导。以功率流为价值函数揭示了系统振动传递机理并阐述了实际双层隔振设计需遵循的一般规律。实例研究表明:力矩激励在隔振系统能量传输中扮演着重要角色,应尽量减少力矩扰动带来的能量注入;在能耗效率及安装空间允许条件下,适当放大中间质量可获得更佳的隔振效果;中间筏体的柔性、隔振器的分布参数特性以及安装基础的非刚性因素使得中高频隔振性能恶化,采用中间分散质量方案可有效避免筏体柔性模态影响,并能显著降低隔振器驻波同柔性筏体模态间的耦合交互引起的能量峰值。     

商用车多刚体动力装置-悬置系统振动模态特性与系统匹配分析

以商用车动力装置-悬置系统为研究对象,分别建立了动力总成-空调压缩机-悬置系统模型和动力总成-传动轴-悬置系统模型,计算了以上两种多刚体-弹性系统的振动模态,进行了动力总成的刚体振动模态频率关于耦合子系统参数的变化历程分析。计算和实验结果表明：空调压缩机通过其传动带与动力总成的耦合对动力总成的刚体振动模态有显著影响,使得动力总成-悬置系统的刚体振动模态频率提高了,不利于隔振设计目标的实现,但传动轴的影响较小。据此提出了关于动力总成-空调压缩机-悬置系统的弹性耦合刚度匹配改进建议。     

动力机组双层隔振系统新型隔振器设计及研究

针对某动力总成双层隔振系统,建立了将试验台的机组及构架均视为柔体的双层隔振系统仿真模型,通过模态测试验证了模型的准确性,分析了隔振器三向刚度变化对系统隔振特性的影响;基于Mooney-Rivlin模型,分析了不同开槽角度及宽度对橡胶隔振器三向刚度的影响,完成了新型隔振器设计。通过振动测试实验验证了新型隔振器对系统隔振性能的提升效果。研究表明:隔振器水平刚度变化对系统隔振性能影响不大,水平刚度降低主要引起系统振动速度及传递力响应在低频段的移频,对高频段基本没有影响;降低隔振器垂向刚度虽会在一定程度上增大系统低频段(对应机组启停工况)的振动烈度,但能够有效地降低系统中、高频段(对应机组正常运行工况)的传递力。     

动车组车体异常弹性振动原因及抑制措施研究

动车组车体正常运营状态下可以保持十分优异的动力学性能,给乘客创造舒适的出行环境,但在偶然情况下也会出现异常弹性振动,也被称为抖车问题,严重影响车辆运行品质。基于线路实测车轮和钢轨外形,建立考虑弹性车体的动车组刚柔耦合动力学模型,仿真再现了动车组车体异常弹性振动现象,并对异常振动原因进行了研究。结果表明:动车组车轮与钢轨匹配关系异常,轮对等效锥度达到0.65,导致转向架蛇行运动频率达到9～10 Hz,与动车组车体一阶菱形模态频率接近,是引发车体产生异常振动的原因。基于此原因,改善轮轨匹配条件、提升车体一阶菱形模态频率和控制转向架蛇行运动相位关系是抑制异常弹性振动的三大方向。通过仿真分析发现,打磨钢轨和镟修车轮均能改善轮轨匹配关系,进而有效解决抖车问题;提升车体一阶菱形模态频率可将转向架蛇行运动频率与车体弹性模态频率分隔开,从而降低车体异常弹性振动;另外,使前后转向架反相位蛇行运动也可以避免激发车体一阶菱形模态。最终建议对异常振动线路轨道进行打磨处理;对于新设计高速动车组车体,建议提升车体一阶菱形模态频率,以提升了动车组车体对磨耗车轮和异常线路的适应性。     

刚柔耦合动力系统固有振动特性研究

针对柔性基础上马达的隔振设计问题,建立了刚柔耦合机械系统的动力学方程,对机器基础的模态耦合振动和固有频率偏移进行了数值计算和试验研究。研究结果表明,耦合系统的基频小于机器的安装频率;在高频段,柔性基础模态为耦合系统的主导模态。     

燃料电池轿车驱动电机悬置的优化设计

通过试验对驱动电机单元进行了振动特性分析,评价了电机3个悬置的隔振性能;并在机械系统动力学分析软件(ADAMS)中建立驱动电机与副车架耦合动力学模型,分别计算了刚性副车架和柔性副车架悬置系统的模态,对比分析得出副车架柔性化后降低了悬置系统的模态频率.以电机振动的主要激励频率为输入,以传递到车身力最小为目标函数,对悬置的刚度阻尼参数进行了优化分析,优化后的悬置的隔振性能得到了改善,达到隔振的目的.     

弹性构架对车辆系统动力学影响研究

以CRH3型动车组构架作为研究对象,基于子结构方法和模态综合法建立柔性构架,利用SIMPACK多体动力学软件建立车辆系统刚柔耦合动力学模型,分析不同速度条件下不同刚度的弹性构架对车辆系统动力学的影响。研究结果表明:构架刚度对车辆运行平稳性影响较小;车辆速度较高时,弹性构架的振动幅度和振动加速度幅值明显地比刚性构架的大;脱轨系数和轮轨垂向力随着构架刚度的减小而减小,因此适当的减小构架刚度能够改善车辆运行稳定性。     

大客车动力总成悬置系统优化研究

大客车的悬置系统安装在动力总成与底盘之间,主要作用是隔离来自路面、发动机的振动,达到衰减车身振动的目的。隔振性能良好的悬置系统能够有效地提升客车的NVH性能,改善乘坐舒适性。对某大客车悬置元件的隔振性能进行研究,建立六自由度动力学简易模型,求解原始悬置元件的振动能量解耦率。针对多个方向存在的振动能量耦合严重问题,编写悬置系统的解耦程序,并集成多学科优化软件Isight,采用NSGA-2算法对其进行优化设计。对悬置元件的主轴刚度采用左右不对称的重新匹配方法,达到改善隔振效果的目的。并将改进后的悬置元件进行定置五个工况隔振率的实车测试,结果表明较原始方案的隔振率有大幅度提升。     

悬挂设备隔振频率与刚度优化分析

基于隔振原理,首先给出了系统频率避免共振需要满足的条件;其次,以E3C动车组牵引变压器冷却单元风机组为研究对象,建立了详细的有限元模型,通过对其进行模态分析得到变压器组装的刚体振动频率和冷却单元吊梁的弹性振动频率;然后,按照变压器组装的垂向浮沉振动、风机组的自身工作振动、冷却单元吊梁的垂向弹性振动对组合模型振动的影响依次降低的原则,研究了风机组避免与三种激励发生共振所需的悬挂频率与刚度;最后,通过避开三种激励的主共振区得到最优的风机组悬挂频率和风机组安装座减振橡胶刚度。     

某客车动力总成悬置系统刚体模态分析与优化

以某中型客车为研究对象,建立了考虑前端附件影响的动力总成—空调压缩机—悬置系统动力学模型。利用ADAMS软件计算了动力总成悬置系统的刚体模态,进行了悬置系统刚体模态关于悬置动刚度、安装位置和角度等参数的变化历程分析,发现悬置系统刚体模态对悬置安装角度的变化十分敏感。基于能量解耦法对各参数进行优化,使各自由度能量解耦水平显著提高,从而改善悬置系统隔振性能。     

基于动力吸振原理的动车组车下设备悬挂参数设计

为降低车体的弹性振动,将车体考虑成弹性欧拉梁,基于动力吸振原理进行多个车下设备的最优悬挂频率设计。建立弹性车体和车下设备的垂向耦合振动数学模型,研究不同设备悬挂频率、联接阻尼、质量和安装位置条件下的车体振动分布规律。建立车辆系统三维刚柔耦合动力学模型,仿真分析在实际线路激扰条件下,车体振动和平稳性随设备悬挂参数变化的分布规律。垂向耦合振动理论分析表明动力吸振原理可用于车下设备悬挂参数设计,验证了用于车体弹性振动减振的可行性和有效性,能够显著降低车体的垂弯模态振动;将大质量设备越靠近车体中部安装时车体的减振效果越好;设备悬挂频率应接近车体的垂弯模态频率,较优的弹性联接阻尼比应满足0.05~0.20。三维刚柔耦合动力学仿真结果验证了理论分析结果,车辆运行速度越高,减振效果越显著。试验台结果表明车下设备采用弹性联接可显著改善高速动车组的乘坐平稳性,与理论和仿真分析结果吻合。     

内燃动力总成机组结构振动特性研究

某内燃动力总成在运行测试中发现了机组结构振动的共振现象,针对此现象分析机组结构振动特性。建立机组和公共构架的有限元模型,在模态校验的基础上通过ADAMS建立了考虑机组和构架结构振动的刚柔耦合系统动力学模型。以动力学模型为对象分析机组结构振动对动力总成隔振特性的影响,研究控制机组结构振动的影响因素及控制方法,并通过动力总成实验台架测试验证了控制结构振动方法的有效性。研究结果表明:机组结构振动在高频段会引起机组自身的振动烈度以及传递至车身的动反力变大,通过降低一级、二级隔振器刚度可有效降低机组结构振动频段的动反力峰值。     

考虑车体弹性的集装箱平车动态响应分析

基于柔性多体系统动力学理论研究铁道集装箱平车动态响应。建立考虑车体弹性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,并与多刚体模型的动态响应进行对比。仿真结果表明:弹性体模型的车体加速度均方根值(RMS)较刚性体模型大,最大差值为2.8 m/s2;频谱分析显示,车体1阶扭曲、1阶垂向弯曲和1阶横向弯曲模态对空车振动响应影响显著;加装集装箱会改变车体模态振型,主要表现为扭转弹性变形和局部的弹性振动,对车体端部垂向振动响应影响显著。     

基于功率流法双层隔振系统振动传递

针对双层隔振系统,划分子结构系统,建立子系统传递矩阵,采用平均振动能量作为目标函数,利用功率流法合成系统传递关系,实现被动隔振过程振动传递特性研究.在上层隔振器和中间质量之间加入作动器,通过二次型目标函数最优,实现主被动隔振过程振动传递特性研究.根据双层隔振系统实际参数进行数值仿真和试验研究,获取多传递通道系统振动分布,并实现系统振动传递特性研究.数值仿真和试验研究结果表明,系统主导模态、耦合和阻尼等耗散特征以及初级激扰力特征决定多振动通道振动能量的分布和传递特性.     

内燃动力总成双层隔振系统瞬态计算方法研究

内燃机被广泛应用于生活生产各个方面,但其工作过程中产生的振动与噪声一直困扰着人们。为了减少内燃动力机组整机振动对周围环境产生的不利影响,可将机组通过单层或双层隔振系统安装在基础上。结合相关研究可知,进行内燃动力机组整机振动分析时,除了要计算机组工作转速范围内的整机振动外,掌握机组启停过程的共振响应情况也是必要的。本文以隔振系统中较为复杂的内燃动力总成双层隔振系统为研究对象,首先通过试验掌握了采用双层隔振系统的内燃动力机组启停过程典型共振响应特性,同时试验结果也为验证计算方法正确性的提供了依据。然后,建立了双层隔振系统动力学模型,采用中心差分法为数值计算方法,结合内燃动力总成特点对机组启停过程加载了激振力,仿真计算所得结果与实测结果的共振响应频率基本一致,最大幅值接近。本文提出的隔振系统瞬态计算方法,能够对机组启停过程的共振响应进行准确计算,为在设计阶段掌握内燃动力机组启停过程的共振响应特性提供了可能。该方法虽然是以内燃动力总成双层隔振系统为对象进行研究,对于采用单层隔振系统的内燃动力机组也可适用。