铁道车辆车下设备新型减振器设计研究

利用碟形弹簧在一定条件下可以产生负刚度的特性,将碟形弹簧与橡胶弹簧并联,设计出一种可以实现垂向与横向刚度分离的车下设备新型减振器,并运用谐波平衡法对车下设备新型减振器进行传递特性分析。建立包含车体弹性的高速动车组车辆刚柔耦合动力学模型,基于车辆运行平稳性最优原则,计算获得车下设备垂向与横向最优吊挂刚度,并据此设计新型减振器参数。将车下设备采用新型减振器的车辆与车下设备采用传统橡胶减振元件的车辆进行对比分析,结果表明,前者的垂向与横向运行平稳性及车体振动加速度功率谱明显优于后者,所设计的新型减振器能够有效降低车体的弹性振动,改善车辆的运行平稳性。     

基于空气弹簧非线性模型的车辆振动特性研究

为研究不同模型和不同空气弹簧物理参数下车辆振动特性,基于热力模型和ADAMS空气弹簧非线性模型建立空气弹簧悬挂系统控制模型,并利用多体动力学仿真软件SIMPACK与MATLAB/SIMULINK联合仿真平台建立包括空气弹簧系统的整车多体动力学模型。研究结果表明:热力模型较ADAMS模型更能准确模拟空气弹簧非线性动态特性;车辆低速运行时节流孔直径越小越有利于改善车辆垂向运行平稳性;车辆高速运行时节流孔直径太大或者太小都不利于改善车辆垂向运行平稳性;附加空气室体积越大越有利于改善车辆垂向平稳性,但是增大到一定程度继续增大对车辆垂向平稳性改善不是很明显。     

铁道车辆空气弹簧垂向动态特性分析方法的研究

应用空气动力学、工程热力学理论,推导空气弹簧垂向动态特性分析的数学模型,经过试验验证模型的正确性。分析装有固定节流阀空气弹簧对正弦激扰的减振性能。通过多种方案节流孔直径的空气弹簧对于不同幅值激扰的振动位移传输率的分析,确定了TY550型空气弹簧固定节流阀对于不同幅值激扰的最优取值范围,得出固定节流阀节流孔直径选取的原则是对于小幅值激扰应选取较小值,而大幅值激扰则应选稍大一些的值。     

悬挂参数对悬挂式单轨车横向稳定性影响分析

研究目的:为分析悬挂式单轨车辆通过曲线时的横向稳定性问题,基于国内某型悬挂式单轨系统,采用多体动力学软件Universal Mechanism建立60自由度的车-线系统动力学模型,以车体和摇枕为主要研究对象,探索车辆横向偏角在不同减振装置参数下的变化特性。研究结论:(1)横/垂向减振器阻尼、空气弹簧水平/垂向阻尼参数的变化对悬挂式单轨车体和摇枕的横向晃动几乎没有抑制作用;(2)降低空气弹簧水平刚度有利于减缓车辆的横向晃动,而减小垂向刚度会进一步增大晃动的可能性;(3)若考虑在摇摆减振器处并联钢弹簧,其刚度的增加有利于减小车体和摇枕的最大横向偏角,而摇摆减振器阻尼的增大则侧重于减少车体和摇枕的振动周期数,因此应综合考虑摇摆减振器阻尼、刚度参数设计,以有效提升旅客舒适度体验;(4)本研究成果可为悬挂式单轨车辆悬挂参数优化及线路设计提供一定的参考。     

降低车体垂向振动的装置

为大幅度提高铁道车辆垂向振动舒适度，日本铁道综合技术研究所利用轴减振器与空气弹簧（节流控制阀内置型空气弹簧）的阻尼控制，开发出一种新装置，用于降低车体的一阶弯曲模式与刚体模式的振动。试制的装置装备将用于新干线的车辆上，该装置在车辆试验台上进行激振试验，确认其减振效果。根据该实验结果，制作出可供装车并可运行的装置如图1所示，将其装备在新干线车辆上，实施现车运行试验。     

斜楔摩擦减振器建模及动力学分析

斜楔摩擦减振器是三大件转向架关键部件之一,对车辆动力学性能具有重要影响。基于传统简化方法只考虑斜楔垂向一维运动及基于相对摩擦系数斜楔减振性能评估的缺陷,构建斜楔空间受力的动力学方程。以此为基础,在SIMPACK软件中建立了能分析斜楔摩擦减振器动态作用的多体动力学计算模型。模型将斜楔作为一个具有6个自由度的刚体;斜楔主、副摩擦面各等分为4个接触区域,每个区域设置1个平面-平面接触对;摇枕弹簧和减振弹簧按实际位置和参数作用于斜楔和摇枕。用典型例题进行分析计算,研究结果表明:多体动力学模型相对摩擦系数的计算结果与传统简化方法的试验结果相吻合;模型能模拟斜楔的真实运动,能反映斜楔垂向、横向减振作用;揭示了斜楔对转向架抗菱刚度具有摩擦滞环特性,以及这些作用内在的力学原理。     

铁道车辆空气弹簧动态特性仿真分析

基于热力学和流体力学理论相关数学-物理方程分别建立了空气弹簧本体-固定节流孔-附加气室模型和空气弹簧本体-连接管道-附加气室模型,采用Matlab/Simulink仿真软件,分析了连接管道长度、节流孔直径及附加气室容积对空气弹簧动态特性的影响。仿真结果表明:当采用较长管路连接时应考虑管道内空气质量的惯性对空气弹簧动态特性的影响,短管可等效为固定节流孔连接;空气弹簧垂向动态刚度在低频和高频激励下分别趋于常值;固定节流孔存在低频开口过大,高频开口过小的缺陷;固定节流孔直径与附加气室容积对空气弹簧系统的阻尼特性有较大影响。     

空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向减振性能

从力学模型推导出空气弹簧与橡胶堆串联系统的垂向传递率，找出了橡胶堆自身阻尼特性对其整个系统的阻尼特性影响规律，从中得知传递率只与空气弹簧的容积比ｎ，频率比ζ及空气弹簧的阻尼比有关，与空气弹簧阻尼和橡胶堆阻尼之比Ｃ无关。对进一步分析、研究、开发新型结构空气弹簧，特别是对垂向减振参数的选取和理论分析、设计计算有着现实意义。对开发设计诸如高速客车转向架、地铁、轻轨车辆等的无摇枕转向架提供了设计依据。     

高速动车组悬挂部件失效动力学性能研究

利用SIMPACK软件建立了适用于高速转向架悬挂系统故障检测的国内某型高速动车组车辆动力学仿真模型,并根据所建立的动力学模型分别研究了在不同速度条件下一系垂向减振器、二系空气弹簧、二系抗蛇行减振器失效时整车不同部位表现出的动力学性能。通过对车体不同部位及前后转向架动态响应信号的时域、频域特性进行分析,获得了转向架悬挂部件故障与整车系统响应的关联关系,提出了分别针对一系垂向减振器、二系空气弹簧、抗蛇行减振器失效敏感的故障特征因子,从而对悬挂部件故障进行检测与定位。     

空气弹簧节流孔非线性力学模型研究

基于流体力学、空气动力学和工程热力学等理论,建立了空气弹簧节流孔非线性力学模型1和模型2,以高速动车组用空气弹簧为例进行了不同节流孔直径下的动态特性仿真计算。利用空气弹簧垂向振动试验台进行了不同工况下的空气弹簧力学特性试验,对比仿真结果与试验结果,发现模型1更能反映实际空气弹簧的幅变特性和频变特性,该模型在不同节流孔直径下的空气弹簧特性与试验结果吻合得较好。     

利用与空气弹簧并联的油压减振器降低车体垂向振动

介绍了与空气弹簧并联的可变阻尼垂向振动减振器的车体减振控制系统的概况,以及运行试验结果。试验结果表明,采用该系统能够降低车体振动,提高乘坐舒适度。     

地铁减振板式轨道动力测试与减振特性研究

地铁减振板式轨道作为一种新型轨道结构,具有质量高、施工快、维修少等特点,在地铁线路中逐渐得到推广应用。为揭示地铁板式轨道减振效果,选取天津地铁5号线板式轨道、现浇整体道床断面,采用现场试验和数值模拟方法,对其动力学行为和减振特性进行研究。结果表明:与现浇整体道床相比,地铁板式轨道降低了轮轨横、垂向力和安全性指标,有利于行车安全;由于板式轨道整体刚度较低,钢轨垂向位移略有增加;板式轨道与整体道床结构振动由上至下依次减小,且板式轨道减小幅度更为显著;与现浇整体道床相比,除轨道板振动加速度增大外,其余结构加速度均一定程度减小;板式轨道隧道壁处时域上减振明显,频域上全频段减振,最高减振达16.92 dB。     

悬挂式单轨列车关键悬挂参数研究

采用大型多体动力学软件Universal Mechanism建立悬挂式单轨列车系统动力学模型,模型中考虑了各减振器、弹簧、止档的非线性特性,以及橡胶轮胎-轨道的非线性作用特性。通过数值积分求解车辆的动态响应,对单轨列车关键悬挂参数进行研究。研究表明:导向轮高度应尽量放低,与轴心高度一致较为合理;导向轮与导向轨应有一定的预压,但不宜过大;横向减振器等效阻尼应取50 k N·s/m以上,以保证车辆横向平稳性的同时,让车辆进出曲线时横向振动能够快速收敛;垂向减振器等效阻尼取30~40 k N·s/m能够保证车辆具有良好的垂向平稳性。     

不同时速下地铁多种轨道结构现场测试与分析

近年来地铁振动污染问题日益突出,地铁中亦采用多种减振轨道结构型式用于减振。为详细评价各种减振轨道结构的减振效果,以地铁动力测试为依托,在频域内分析4种轨道结构各测试断面在不同时速下的振动特征。结果表明:对于长枕埋入式整体道床轨道而言,行车速度的增加对钢轨、道床、隧道竖向加速度低频范围内的影响较大,而在中高频影响较小。对于GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道,随着行车速度的增加,GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道减振效果下降较明显。同时随着行车速度的提高,橡胶隔振垫浮置板轨道仅对浮置板和隧道减振效果较稳定,而钢弹簧浮置板轨道对钢轨、浮置板及隧道减振效果都很稳定。     

深圳地铁11号线橡胶弹簧浮置板轨道动力仿真及测试

深圳地铁11号线是国内首次采用橡胶弹簧浮置板轨道的地铁线路。为确保该种浮置板结构的安全性、检验其减振效果,有必要针对其动力学特性进行全面的仿真和测试。首先,通过模态分析、谐响应分析考察其固有频率、振动传递特性;然后建立车辆-轨道耦合动力学模型,对其减振效果、动态位移进行仿真模拟;最后通过实车测试,全面检测其减振效果、动态位移,以及轮轨力、脱轨系数、轮重减载率等各项动力学指标。相关理论分析及实测结果表明:橡胶弹簧浮置板固有频率为10. 5 Hz,可明显削弱频率在18 Hz以上的振动,其减振效果达13～15 d B,满足设计要求;轮轨垂向力、轮轨横向力均略小于同等条件下的普通整体道床;脱轨系数、轮重减载率均满足规范要求。以上理论研究和实践表明:橡胶弹簧浮置板结构安全、减振效果好,各项动力学指标优良,是一种较为理想的轨道减振设施。     

聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析

为了研究两种不同材料减振垫浮置板轨道的减振效果,以深圳某新建地铁线路隧道段为研究对象,测试了60 km/h的速度下聚氨酯减振垫轨道、橡胶减振垫轨道和普通道床轨道的振动响应,通过引入铅锤Z振级进行综合评价,分别在时域和频域内对两种减振垫轨道、普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)两种减振垫浮置板轨道结构均在10 Hz左右发生共振;(2)两种材料减振垫轨道在40 Hz范围内都没有减振效果;(3)聚氨酯减振垫相比橡胶减振垫减振效果更好,且减振频域更宽。     

2B0动力车踏面外形对悬挂参数选配的影响

利用多刚体动力学软件SIMPACK,对锥形或磨耗形踏面的某2B0动力车进行了随机不平顺非线性时域响应分析,结果表明:该动力车仅按锥形踏面配置的抗蛇行减振器不利于踏面磨耗后的稳定性;新轮直接采用磨耗外形的动力车容易实现更高的稳定性。该动力车的横向平稳性对踏面外形比较敏感,垂向平稳性不敏感;对于不同踏面外形,二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的卸荷特性对动力车平稳性影响的规律相似。合适的二系横向止挡间隙是保证良好动态曲线通过性能的一个重要因素。     

空气弹簧的刚度及阻尼特性研究

介绍了空气弹簧的热力学特性,对空气弹簧的垂直刚度特性和阻尼特性进行了分析。结果表明:空气弹簧的刚度不仅与其静平衡位置时的压力和容积有关,还与其有效面积变化率和体积变化率有关。空气弹簧的阻尼特性与空气弹簧本身结构有关,同时还受外界激扰频率及振幅的影响。当外界激扰条件发生变化,空气弹簧系统的阻尼特性也将随之改变。     

黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的模拟研究

为探究黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的影响,为工程设计提供理论支持。利用ANSYS建立土体-隧道-道床平面有限元模型,分析在5～25 Hz频率荷载的作用下,整体道床和黏弹阻尼道床在隧道结构中的振动响应,并分析这两种道床下地表距离隧道中心线不同距离的振动加速度的衰减特性。结果表明:荷载频率小于10 Hz时,在地表距离隧道中心25 m左右,振动有明显的放大区域;荷载频率为10～20 Hz,振动加速度随道床阻尼层厚度降低,阻尼层越厚振动衰减越明显;随着黏弹阻尼道床阻尼层厚度增加,隧道衬砌底部振动加速度有效值依次降低,隧道壁竖直方向振动衰减更加明显,阻尼层每增加2 mm,振级降低1～4 d B。