高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究

高速动车组车下悬挂设备的隔振设计应最大程度地发挥设备工作效能,减小车体振动及两者的相互影响,提高乘坐舒适度。为研究车下悬挂设备隔振器参数对隔振性能的影响,根据机械振动和减振隔振理论,推导车下典型设备(牵引变压器及冷却单元)刚度设计的动力学方程。建立车体与牵引变压器及冷却单元的有限元分析模型,并以变压器振动烈度、地板舒适性和隔振效率为评价指标,深入分析隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率、变压器质量等对隔振性能的影响,得到隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响规律。结果表明,隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响明显,可为车下悬挂设备隔振设计提供依据。     

高速动车组牵引变压器振动特性试验研究

为了研究机电耦合作用下高速动车组牵引变压器的振动特性,分析了牵引变压器铁心和绕组的振动机制。基于高速动车组线路振动试验,研究了停车、加速、恒速和过分相区4种工况下牵引变压器振动加速度的时频分布情况,探讨了冷却风机的影响机制,分析了牵引变压器对车体振动和车辆运行平稳性的影响。研究结果表明,在牵引变压器正常工作时,振动能量主要集中在200 Hz和300 Hz这2个频点左右,车体和冷却风机产生的振动能量占比较小,与理论分析结果一致;过分相时牵引变压器横向振动加速度有效值仅为正常工作条件下加速度有效值的7%;冷却风机转动导致牵引变压器垂向加速度有24.6 Hz及二倍频对应的振动分量;受牵引变压器的影响,车体底架加速度值增加了20%,恶化了车辆运行平稳性。     

牵引变压器双层隔振系统振动功率流传递研究

研究了国产某牵引变压器与动车组车体在不同安装参数条件下的振动传递率,建立了牵引变压器——车体耦合模型。推导了器身激励到变压器箱体的功率流传递和变压器箱体到车体的振动功率流传递表达式,并通过试验验证了仿真结果。     

高速车变压器用橡胶减振器研究

为解决高速车车体悬挂部件牵引变压器、变流器及蓄电池等设备的振动,设计了橡胶减振器用以对振动设备进行减振,以理论分析与工程化运用相结合,分析橡胶减振器与变压器和车体联接的振动关系,刚度及阻尼性能匹配等,设计合适的减振器参数消除变压器与车体的振动。     

吊挂刚度对车体及牵引变压器振动指标的影响分析

介绍了用于动车组车体和牵引变压器振动评定的两种指标,建立了车体-变压器有限元模型。改变车体与牵引变压器之间的连接参数——吊挂刚度,并在变压器及车体空簧处施加不同速度级下的对应实测振动信号,提取车体端部及变压器上部和底部振动响应,计算车体平稳性及变压器振动烈度。结果表明:当在350 km/h速度级下时,车体平稳性随着牵引变压器垂向吊挂刚度的增大而减小,在385 km/h速度级下时平稳性则随着垂向吊挂刚度的增大先减小后增大;车体平稳性随着横向吊挂刚度的增大则不发生明显改变;牵引变压器的振动烈度随着其吊挂刚度的增大也不发生明显改变。可得结论:牵引变压器自身的振动受吊挂刚度变化的影响较小;牵引变压器的垂向吊挂刚度较横向吊挂刚度对车体平稳性指标的影响程度更为显著。     

车下设备布置形式对车辆动力学性能影响研究

对某型动车的车体有限元模型进行了模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立了该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究了不同设备布置形式对车体与设备耦合振动的影响。仿真结果表明:车下设备布置方案的不同对高速动车临界速度和曲线通过性能的影响并不是很大;将重设备放到车体中间部位能够对车体的弯曲振动起到抑制作用。     

车下设备连接参数对车体振动特性影响研究

通过采用模态叠加法建立其对应的广义坐标方程,建立车体和车下设备系统耦合振动的简化模型,仿真分析某高速列车车下设备与车体系统的耦合振动特性。针对设备质量、安装刚度及安装阻尼等参数的变化,通过仿真计算得出了设备结构参数对系统振动响应的影响曲线。根据数值分析结果,对车体及车下设备减振设计提出了一些措施。     

某动车牵引变压器振动及传递分析

为研究某动车牵引变压器振动及传递特性,测试了变压器在负载开风机状态振动加速度。结果表明:牵引变压器底部振动较小,变压器箱体壁横向(法向面)振动较大,与变压器铁芯横向放置有关。同时,振动烈度能较好的反应变压器振动情况;牵引变压器的振动基频为100 Hz,而且其振动能量绝大部分都集中在100 Hz,倍频处的振动迅速减小;牵引变压器振动经橡胶隔振器传递到车体侧墙及车内地板,振动未出现放大现象。该橡胶隔振器、侧墙内装材料和地板内装材料隔振性能较好。     

高速列车几种车下设备悬挂参数设计方法对比分析

为验证高速列车车下设备悬挂参数设计方法的可行性,对目前主要的3种设计方法的应用效果进行了对比分析。首先阐述了隔振设计法、动力吸振器法和动态设计3种方法理论和应用条件;接着以国内某型高速列车牵引变压器悬挂参数设计为例,分别基于3种方法对变压器悬挂参数进行了设计;最后将所设计的悬挂参数代入所建立的车辆设备系统模型中,求解出车辆设备系统的振动特性,从而对比分析了3种设计方法的可行性。研究结果表明,隔振设计法和动力吸振器设计法均未考虑车体设备的耦合振动特性和设备自身振动特性,根据动态设计法将变压器悬挂频率比设计为0.90～1.10时车辆既能拥有较好的乘坐舒适性,变压器也能拥有较好的振动水平;相比传统的2种车下设备设计法,动态设计法具有更高的可行性。研究结论可以为车下设备悬挂参数的设计方法选择提供依据。     

车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响

在高速动车组的线路测试中发现,车下旋转设备的不均衡振动是造成其上方车体地板局部异常振动的主要原因。为研究车下旋转设备与车体耦合振动关系,推导出车下悬吊设备不均衡振动与弹性车体垂向耦合振动的运动方程,描述车体弹性振动与有源旋转设备的位移特性。建立三维车辆刚柔耦合动力学仿真模型,分析车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响。研究结果表明,有源设备采用弹性和刚性悬挂方式差异明显,弹性悬挂方式的优势随着不均衡振动的加剧逐渐突出;旋转设备不均衡量的增大加剧了车体局部振动,而且会扩大车体异常振动范围。对于本文提出的两种车体减振措施,分析结果表明,合理的悬挂参数可以降低车体的弹性振动,减振措施便于实施,但是实际减振效果受到橡胶弹簧制造技术限制;采用多级悬挂参数可以有效降低车体弹性振动,但是系统结构更加复杂,每级系统的悬挂参数均需要合理设计。     

孟买地铁转向架与车体垂向耦合振动分析

针对孟买地铁车辆,运用刚柔耦合的车辆振动模型,研究弹性车体与构架耦合振动,分析车体弹性对平稳性的影响。分析表明,车体刚度越大,车体弹性对平稳性的影响越小;随着转向架一系垂向刚度的增加,构架的浮沉频率会逐步增加;通过参数优化,当构架浮沉频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,不会发生车体垂向弯曲共振现象。     

利用转向架与车体之间的相互作用降低车体的弯曲振动

介绍了通过改变牵引杆和抗蛇行减振器橡胶节点的刚度及安装位置,达到降低车体弯曲振动的方法,有效地提高了车辆的运行舒适度.     

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。     

单层双层集装箱车体振动特征分析

为了分析单层双层集装箱车体振动特征及成因，利用柔性体接口处理技术对策（ITTS），建立了单层双层集装箱专用车辆刚柔耦合模型，并进行了整车模态分析对比和基于轨道谱的车体振动特征分析对比。这两种车体的结构型式是截然不同的，单层车体是利用一根纵梁构成的“鱼刺”形结构，而双层车体则是利用两个边梁构成的“落下孔”型结构。在三大件转向架的摇枕悬挂中，斜楔摩擦“卡滞”所产生的动力作用使单层车体形成了具有二阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。由于通用转向架的摇枕悬挂与双层集装箱装载方式所形成的惯性特征不匹配，双层车体运动模态振动频率过低，如点头、摇头和侧滚等，造成车体结构产生伴随模态振动。因为双层车体具有“落下孔车”结构特征，其横向稳定性比较差，因而双层车体弹性振动特征与装箱方式有关，只有在上下20ft×2装箱时才出现一阶弯曲模态振动，其他装箱方式则主要表现为车体横向振动。     

抱轴式牵引电动机吊挂刚度的优化

采用多刚体动力学软件SIMPACK，在时域里建立了完整的抱轴式机车整车动力学模型，分析了牵引电动机吊挂刚度和电机点头转动惯量对电机各向振动加速度和机车动力学性能的影响。发现优化电机吊挂刚度可以改善其工作条件，特别是明显地减小电机垂向加速度，但机车整车性能几乎无变化。还比较了不同吊挂刚度电机的振动频率，指出车体振动频率低于2Hz可能是抱轴式电机吊挂刚度改变未明显影响车体振动的原因。     

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。     

基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

基于多体动力学软件MSC.ADAMS的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确.利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km·h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230 km·h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳.分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353 mm改为1 360 mm后,晃车现象消失;当速度为200 km·h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象.晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别.     

动车组主变压器故障模式影响分析

故障模式影响分析是可靠性分析的常用方法,以动车组主变压器为分析对象,按照功能对其组成部件进行分组,绘制功能框图说明主变压器内部能量、物质、信号的传递过程,逐一分析主变压器的故障模式、故障原因、故障影响及故障检测方法,并定性划分主变压器故障影响严酷度等级,最后得到故障模式影响分析表格。全面分析了主变压器的故障情况,对主变压器设计、维修及技术改造方面均具有指导性作用。     

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。     

高速列车监测数据处理及故障诊断

车体性能好坏直接影响列车的行车安全,文章利用安装在车体上的传感器所采集到的振动信号,选取合适的信号特征提取方法进行评估,达到列车故障早期预警的目的。试验数据表明,车体的振动信号具有非线性、非平稳的特点,先对振动信号提取小波包能量矩特征进行时频域分析,发现该特征提取方法可以直观地反映车辆横向和垂向振动情况。引入基于局部分析的拉普拉斯特征映射算法(LE),对故障工况的小波包能量矩熵特征所构造的高维特征向量空间进行降维,发现能够从垂向加速度信号识别出空气弹簧失气工况,从横向加速度信号识别出抗蛇行减振器故障和横向减振器故障。这与车辆动力学分析结果一致,同时也证实了流形学习方法对列车性能评估具有一定的作用。