车体与转向架连接要素的合理化——改善乘坐舒适度

在讨论包括车体弯曲振动在内的上下振动对乘坐舒适度影响问题时，不仅要考虑通过空气弹簧产生的车体上下振动，还必须考虑通过摇枕、单联接杆、心盘座等介于车体与转向架之间连接要素产生的车体振动。另外，为改善乘坐舒适度，力求使车体与转向架系统各特性值的合理化是至关重要的。     

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。     

双层集装箱平车垂向振动问题试验与仿真分析

在双层集装箱平车的运行和试验中发现重车时车体垂向振动加速度超出相关规范的限值。为此从试验数据分析和刚柔耦合系统动力学仿真计算两个角度对问题进行初步研究,结果表明车载集装箱附加质量引起车体自身的高频弹性振动及垂向弯曲振动模态的改变,进而造成加速度超出规定限值。可通过优化车体结构及相关特性参数等措施来避免或减小加速度超限的问题。     

优化车体和转向架间联结要素的特性,提高舒适性

降低车体的弯曲振动地改善铁道车辆乘坐舒适非常重要，弯曲振动与车体和转向架的摇枕纵向拉杆、牵引装置及抗蛇行减振器等联结要素的特性有关。本文介绍了一种新的数学模型，并利用该模型可以对 上联结要素的特性，以及其对乘坐舒适度的影响进行研究。     

基于模态追踪的地铁车辆低频横向晃动分析

为研究车体低频横向晃动的原因及提高旅客乘坐舒适性,首先依据模糊数学的欧式贴近度准则,有效追踪和分析了车辆各刚体模态随速度变化的情况;其次,基于欧式贴近度定义整个系统所有模态之间的耦合度;最后,以降低车辆系统的耦合度为优化目标,对悬挂参数进行优化。计算结果表明:在某一速度下,当转向架蛇行运动的频率与车体横向振动的固有频率接近时,两者振型极为相似,欧式贴近度接近于1,转向架蛇行运动与车体横向运动发生共振,使车体横向发生低频晃动,此时车辆系统耦合度最大。对车辆悬挂参数优化后,可有效降低系统内的耦合度,减少转向架蛇行运动对车辆横向振动的影响,消除车体低频晃动现象。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

悬挂式单轨车辆摇枕强度分析

在国内尚无有关悬挂式单轨转向架摇枕强度计算标准的情况下,结合EN 13749、UIC 515相关标准规定,以及悬挂式单轨转向架摇枕工作特点,分析出悬挂式单轨转向架摇枕的加载种类和加载条件,设计出模拟超常工况和运营工况的载荷组合。通过大型有限元计算软件ABAQUS对悬挂式单轨转向架摇枕进行了静强度分析计算,计算结果表明:摇枕承受应力最大位置为其内部加强筋与下底板焊接处。最后利用Goodman疲劳极限图对其进行疲劳判定。计算结果表明:悬挂式单轨车辆摇枕整体结构满足静强度以及疲劳强度要求。     

新干线电动车辆用无摇枕转向架

为达到２７０～３００ｋｍ／ｈ的运行速度，开发了采用无摇枕车体悬挂的轻型ＤＴ９０２３Ｅ／Ｆ试验型转向架，设计者成功地防止了车体高频振动，并选择了最佳轴箱水平悬挂刚度和抗蛇行减振器阻尼特性，以同等地改善运行稳定性和曲线运行性能，通过试验，证明了ＤＴ９０２３Ｅ／Ｆ的高速运行稳定性，曲线运行性能和运行品质均较普通新开线转向架有很大改善。     

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。     

日本50000型特快客车(续完)

3.6 转向架及相关控制系统 3.6.1 头车转向架 头车转向架属从动转向架,是采用多层橡胶堆轴箱单侧支承方式的无摇枕转向架,牵引装置为单拉杆方式.车轮直径较小,为762 mm,以确保观光客室内的车顶高度.转向架装有控制车体倾摆的作动器和全有源液压减振器(图17、图18).     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

运用频响函数分析机车车辆二系悬挂的减振性能

提出了频率响应函数估计的试验研究方法,并以构架振动为输入、车体响应为输出来研究车辆的二系悬挂减振性能。分析表明,SW—160型转向架的二系悬挂在0.5Hz和1.7Hz附近有较高的横向传递率,而209HS型转向架在1.8Hz附近的垂向传递率比SW—160型转向架高。运用SPAMP方法找到了SW—160型转向架横向传递率较高的原因,据此调整了二系悬挂,重新进行了在线测试和试验分析。构架至车体响应的频响函数估计表明,调整二系悬挂后,SW—160型转向架在0.5Hz和1.7Hz处的横向传递得到了有效的控制,横向减振性能显著提高。     

大型养路机械车辆侧滚对曲线通过性能影响的试验分析

基于动力学性能试验数据,从轮轨力、轴箱弹簧垂向位移和中部车体垂向振动加速度3方面分析了大型养路机械通过曲线时由于较大幅度侧滚造成横向力偏大的原因,通过在转向架和车体间增加旁承限位滚子来减小侧滚幅度,试验结果表明该改进措施能大大减小轮轴横向力,增强车辆通过曲线的安全性。     

基于空簧悬挂特性的高铁车辆垂向振动舒适性对比研究

在对车辆振动舒适性进行型式试验和仿真分析的基础上,以拖车为对象,研究空簧悬挂对车辆垂向振动舒适性和地板振动的影响.对车辆的多体系统仿真结果表明:采用德系空簧时车辆的垂向振动舒适性较使用日系空簧时提高了约10％;而在德系空簧辅以二系垂向减振器的组合悬挂下,车辆的垂向振动舒适性介于使用德系空簧与日系空簧之间.对车辆的刚柔耦合仿真表明:当车辆以不低于300km· h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的高频垂向振动主要为转向架上方的局部模态振动,而且随着速度的降低,其振动能量逐步减小或消失;车体地板中部的振动是以1阶和2阶垂向弯曲模态振动为主的中频振动,并且与二系悬挂形式关系不大;当车辆以低于300km·h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的垂向振动主要是低频振动,并且与二系悬挂方式有较强的相关性;增设二系垂向减振器后,虽然可以弥补德系空簧低频性能的不足,但有可能因高频阻抗过大而造成1阶垂向弯曲模态振动的增强.     

铁道车辆垂向主动悬挂的预见控制

以4轴客车为研究对象,建立4轴客车车辆的6自由度垂向主动悬挂的动力学模型。主动悬挂的常规控制策略往往对系统本身因素所引起的响应滞后问题表现出无所适从,因此,借助测定的未来目标信号或外扰,对主动悬挂设计一个预见控制器来抑制车辆系统的垂向振动。研究结果表明,采用预见控制策略使车体的垂向振动加速度响应幅值降低60%,转向架的垂向振动加速度响应幅值降低30%左右,同时系统可按设定目标值预见步数为20提前作出响应。     

车体弯曲振动减振法

从乘坐舒适度方面看,车体弯曲振动的减振措施主要针对车体本身,本研究包括了转向架。车体与转向架间采用的牵引装置等的参数对车体影响很大,优化这些参数对减小弯曲振动是有效的。     

控制时滞对半主动悬挂车辆动力学性能的影响

利用天棚控制原理和SIMPACK动力学软件建立了具有二系横向和垂向半主动悬挂车辆模型,分析在不同速度下时滞10、30ms车体横向和垂向的平稳性性能、1位轮对的轮轨横向力,同时还分析在速度为240km/h时,时滞对车体横向加速度振动幅频特性、前构架和1位轮对横向加速度功率谱密度的影响.分析表明时滞10ms时上述各项指标变化不是很明显,当时滞30ms时许多指标恶化得较为严重,半主动控制失效,说明时滞不能过大.为了突显半主动悬挂的优势,对控制系统时滞进行研究和限制显得尤为必要.     

有源控制的试验研究

建立了铁道车辆1：8比例的半车4自由度横向有源悬挂试验模型，应用LQR控制方法进行了有源悬挂试验研究，并与仿真计算结果进行比较。研究结果表明，有源悬挂方式能有效地衰减振动，尤其是共振点处的振动；有源悬挂与无源悬挂要比，车体横移振幅在高频共振点附近平均降低75%左右；车体侧滚角振幅在高频共振点附近平均降低80%左右；当车体质量大于控制器设计质量时，控制效果比原设计质量的控制器要好，反之要差。     

轨道交通车辆模态参数辨识方法研究

运用子空间辨识数值算法直接辨识出轨道交通车辆动力学系统的状态方程,对系统矩阵进行特征值分解后获得模态频率和阻尼比,运用稳态图来确定系统的物理极点,最后获得所识别系统的模态参数。利用此法,对轨道交通车辆垂向仿真模型进行了模态参数辨识研究。研究结果表明:如以轨道不平顺作为车辆输入、以车体和构架的位移响应作为系统输出进行辨识,则即使在噪声信号较大时,仍能获得良好的识别效果;运用仿真模型的加速度输出信号进行辨识时,车辆模态参数的识别精度受噪声影响很大;当噪声信号为原信号的5%时,以构架加速度作为输入、车体振动响应作为输出,仍能有效地识别车体的模态参数。