高速磁浮列车主动悬浮与导向的2-DOF控制

为了满足高速磁浮列车动力学与控制系统稳定的要求,提出主动悬浮与导向的2-DOF控制解决方案。从车辆动力学与控制角度分析,电磁悬挂主动控制稳定的主要影响因素是系统刚度、非结构摄动和模态截取误差,其中非结构摄动程度取决于轨道几何变化和动力学与控制系统的刚度;利用ADAMS与MATLAB协同平台,提出基于单轨正交模型的主动悬浮与导向LQG控制器设计方法。对比仿真表明:1-DOF主动悬浮控制对点头和摇头摄动敏感,而2-DOF主动控制则能够适应竖曲线和平曲线轨道高速运行。在400 km.h-1单转向架模型曲线轨道运行仿真中,2-DOF主动控制的鲁棒稳定性得到了综合验证。     

高速磁浮列车组装模型及导向原理

为了研究高速磁浮导向及曲线通过性能,利用组装模型曲线通过仿真,提出了磁浮导向原理及菱形变位解决方案。基于三类基本模块（悬浮导向单元、悬浮框架和车体及牵引机构）,组装半车（2转向架）模型、整车模型和动车组模型。这些组装模型具有约束的柔顺性、动力学与控制的高度集成性和模块化组装等特点。曲线通过仿真表明：在主动导向控制下,电磁横向力应使走行部弯曲并与轨道对中。与轮轨转向架类似,前后悬浮框架间的菱形变位可以降低电磁横向力,提高悬浮转向架的横向稳定性。由于车体端部摆杆摆角较大,所以车体空气弹簧支承刚度对两端电磁横向力产生了非常敏感的影响,进而产生端部减载问题。这种端部横向力敏感变化及端部减载问题得到了测试数据的证实。     

3轴H构架式货车转向架非线性模型

为了分析货车转向架的非线性动力学性能，提出了一种解决间隙接触和摩擦作用的新建模方法。利用非线性刚度曲线定义约束内力，既可以保证运动约束精度又能够使模型仿真计算稳定。在斜楔摩擦减振机理和受力分析基础上建立了斜楔等效摩擦模型。等效摩擦与连续摩擦结合的建模技术使摩擦作用仿真更加趋近于实际的动态行为规律。转向架动力学性能仿真分析表明：在接近临界速度时主要摩擦面（如斜楔和承载鞍）出现摩擦蠕动过程，即干摩擦系统的滞后阻尼作用增强了轮对纵、横向定位刚度。但是从横向模态自激振动分析角度，摩擦作用应当保持连续光滑，以减少车体结构发生侧滚耦合振动的可能性。     

抗侧滚扭杆固定/浮动简支及其对有害踏面磨耗的影响

为了抵御更加强劲的流固耦合效应,高速转向架改用抗侧滚扭杆上置且固定简支安装方式,其对有害磨耗踏面形成机理会产生不容忽视的次要因素影响.安全稳定裕度不充裕是有害磨耗踏面形成的根本原因,实际滚径差RRD过零点不连续性使轮对重力刚度部分丧失了恢复力反馈响应.以抗侧滚扭杆上置为例,杆系计算分析结果表明:固定/浮动简支对车体侧滚刚度贡献分别增强至14.3/10.8 MN·m/(°).高速晃车会因此造成踏面中央集中磨耗累计并使钢轨走行光带拓宽,最终演变成为凹坑磨耗.因而自适应高速转向架应该根据抗蛇行宽频带吸能机制,轮轨匹配条件遵循统一规范原则,以十分充裕的安全稳定裕度来确保轮对自稳定性和回转阻力矩有效性,从而让抗侧滚扭杆装置发挥其正常功能.     

高速客车垂向悬挂稳定控制双振子模型机理研究

以Adams与Madab作为协同仿真平台,基于双振子模型LQG控制器设计,建立了稳定控制方案和技术路线.仿真结果表明:垂向悬挂具有与双振子类似的隔振效果.尽管有横向和纵向相关运动模态的非线性影响,转向架仍可以实行有源/无源控制.仿真研究可以证实,无源控制转向架的系统机制是通过阻尼控制强制(垂向)主导运动模态处于稳定状态.     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明：空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策：①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ〈0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.     

最佳轮轨匹配评价5原则

为了更好地研究轨道车辆动力学性能,在四种典型踏面（S1002、S1002G、XP55和LMA）轮轨匹配特性对比分析基础上,提出了最佳轮轨匹配评价5原则.与锥形踏面相比,曲线型面踏面赋予了轮轨匹配新的内涵,如等效锥度是反映轮轨横向力对运行质量影响的等效平均参数.在充分考虑了轮背距、轨底坡和轮径等轮轨参数影响的条件下,四种踏面的轮轨匹配表明,LMA和XP55可以满足高速车辆的稳定性和轮轨低动力作用的要求,但是,在踏面磨耗方面尚存在不足：LMA的轮缘根部以单一曲率圆弧作为过渡段且存在接触综合曲率＂突变＂,有可能形成集中磨耗;而XP55在小半径R≤500 m曲线通过时牵引系数较高,有可能造成车轮打滑和轮缘接触.由于在轨道窗口内具有锥形踏面匹配特征,因而S1002被看作磨耗敏感型踏面.S1002G的改进设计意图是在轮背距1 353 mm和轨底坡1∶20的轮轨条件下进一步提高原S1002踏面的轮轨对中性能和导向性能,但需要利用抗蛇形减振器进一步提高其横向稳定性.根据国外轻轨车辆的运营经验,基于轮轨磨耗研究的＂通用＂轮轨型面方法是非常值得借鉴和研究的.     

新型D35钳夹车转向架的动力学性能

为了分析D35钳夹车转向架动力学性能,利用模板建模技术建立刚柔耦合整车模型.在3轴H形构架式转向架模型中,从轴箱悬挂和承载鞍摩擦作用角度,对多年来货车转向架的设计经验加以总结与验证,如1、3轴的直顶斜楔在垂向和横向上起到摩擦减振作用,而2轴承载鞍与轴箱之间金属-金属接触,在曲线通过时发生横向摩擦滑动以降低轮轨横向力和轴向力;在直线通过时接触摩擦产生迟滞阻尼作用以增强轮对纵横向定位刚度.D35空车回放仿真分析表明：“摆尾”现象是由辊子旁承摩擦激扰“打破”了末位转向架轮对临界阻尼状态所导致.     

基于3种典型踏面的高速转向架稳定性研究

在分析高速轮轨匹配特征的基础上,以350 km.h-1速度等级的CRH3动车组作为研究对象,应用线性稳定性分析方法绘制高速轮轨空间的稳定安全裕度3维图。线性稳定性计算表明:等效锥度越大,转向架蛇行振动固有频率越高,因而必须不断增强抗蛇行减振器的串联刚度。非线性稳定性仿真计算表明:抗蛇行减振器需要利用其动态液压刚度的非线性形成宽频带吸能特性,以满足衰减蛇行振动、控制蛇行振幅和权衡准静态曲线通过性能等要求。仿真计算得出的动车转向架横向加速度值与实际测试的加速度值相吻合。根据曲线踏面磨耗情况确定了CRH3动车组选用3个典型车轮踏面(XP55,S1002CN和LMA)可以达到的最高商业运营速度。     

基于刚柔耦合仿真的转K6转向架疲劳寿命预测

目前普遍采用的转K6转向架的疲劳问题日益突出,因此有必要研究一种即经济又能比较准确的预测货车转向架摇枕和侧架疲劳寿命的方法。首先进行准静态应力对比,然后建立转K6转向架刚柔耦合模型,以C80敞车为例,美国5级轨道不平顺作为激扰,进行动力学仿真计算。经过动应力恢复,利用B+级钢的试验S-N曲线,对铸造摇枕和侧架进行整体疲劳损伤计算,并预测转K6转向架的疲劳寿命。