高速列车齿轮箱箱体动应力影响规律

通过线路测试研究了列车运行速度、线路条件与车轮镟修对齿轮箱箱体动应力的影响规律, 结合轴箱振动加速度分析了箱体动应力的变化规律。研究结果表明: 齿轮箱箱体动应力与轴箱垂向加速度的幅值谱基本一致, 主频均为570 Hz, 反映了箱体动应力水平与轮轨相互作用产生的高频激励密切相关; 列车运行速度由200 km·h^-1增大到300 km·h^-1时, 齿轮箱箱体的应力幅值呈现增大趋势, 尤其在箱体开裂的齿面检查孔位置, 其等效应力由5.56 MPa增大至16.67 MPa, 增大约2倍; 轨道磨耗造成的不平顺对列车轴箱和齿轮箱箱体的振动具有较大的影响, 列车由磨耗线路运营至打磨线路时, 轴箱高频阶段振动幅值水平明显降低, 箱体关键点的等效应力由16.26 MPa减小到10.16 MPa, 减小38%;车轮高阶多边形在列车高速运行时(300 km·h^-1) 产生的高频(550~650 Hz) 激扰造成箱体高频振动和动应力、等效应力大幅提升, 箱体关键点的等效应力在镟轮前后由17.45 MPa减小到8.56 MPa, 减小51%。可见, 轨道打磨与车轮镟修均改善了齿轮箱箱体的受力状态, 因此, 选择合理的轨道打磨和轮对镟修周期可有效延长齿轮箱箱体的疲劳寿命。     

高速列车齿轮箱疲劳可靠性及故障诊断研究现状

随着高速列车速度不断提高牵引齿轮箱服役环境越发复杂,齿轮箱服役性能也面临更大的考验.基于齿轮箱内、外及耦合激励对其振动响应的影响,国内外学者对高速列车齿轮箱的振动特性和故障诊断做了大量的研究;针对已有的研究成果,主要从齿轮箱强度、可靠性及寿命、箱体故障诊断及监测方面归纳总结,详细阐述了高速列车齿轮箱振动特性分析及故障诊...     

高速列车轮轨激励作用机理及其影响综述

针对高速列车运行过程中普遍存在的轮轨激励问题,系统归纳了轮轨激励常用的研究方法,分析了引起轨道不平顺、车轮非圆等轮轨激励的原因及其作用机制,重点研究了车轮多边形磨耗、钢轨波磨等中高频轮轨激励的形成机理;从动力学性能和噪声方面阐述了轮轨激励作用对高速列车运行品质的影响,从疲劳损伤的角度分析了轮轨激励对车辆/轨道系统零部件服役性能的影响;结合现有监测技术和轮轨激励研究方法,提出了高速列车轮轨激励的研究展望。研究结果表明：现场观测、数值仿真和试验模拟是目前研究轮轨激励最常用的方法;轮轨摩擦自激振动、车辆/轨道系统零部件结构共振、材料自身特性及工艺质量是导致轮轨激励形成的根本原因;系统结构参数、运行速度、里程、载重、线路条件等因素都会影响轮轨激励的形成和发展;低频激励的存在虽然会限制列车曲线通过速度,但对车辆/轨道系统零部件服役性能影响不大;中高频激励会严重影响列车运行品质,使系统长期处于中高频振动状态,引起零部件的结构共振,加速系统零部件的疲劳损伤;建议结合实时监测技术和精准的检测手段对轮轨激励形成机理和发展过程展开深入研究,并可通过轮轨匹配型面优化、工艺设备和减振降噪装置智能化产品的研发、车辆/轨道系统结构优化和维护保养等措施来抑制或减缓轮轨激励的产生和发展。     

高速列车齿轮箱应力响应与疲劳损伤评估

进行了高速列车线路试验, 研究了GPS信号与齿轮箱结构的受力特点, 获取了扭矩载荷和振动载荷作用下齿轮箱的应力时间历程曲线, 分析了在扭矩载荷、振动载荷作用下齿轮箱的应力响应特性, 并编制了应力谱, 利用疲劳损伤影响参数来反映扭矩载荷和振动载荷对齿轮箱疲劳损伤的影响程度。研究结果表明: 在扭矩载荷作用下, 列车牵引与制动的交替变化会使齿轮箱产生较大的应力响应, 最大应力幅值为25.80MPa; 在制动工况下, 齿轮箱应力呈阶梯形变化; 列车低速运行时齿轮箱吊杆座端部的高应力幅值频次大于高速阶段, 结构疲劳损伤影响参数由0.20减小到0.08, 减小了60.0%。在振动载荷作用下, 列车运行速度由350km·h^-1减小到200km·h^-1时, 齿轮箱吊杆座端部的应力响应强度由2.08MPa减小到0.97MPa, 降低了53.4%;在同一速度等级下, 列车头部齿轮箱的应力幅值低于列车尾部; 列车由牵引状态转变为惰性运行时, 齿轮箱的应力响应强度由3.4MPa减小到1.0MPa, 降低了70.6%;列车由低速运行转为高速运行时, 齿轮箱端部疲劳损伤影响参数由0.009增大到0.260, 增大了27.9倍。     

高速列车振动舒适度测试方法研究

随着列车的提速,车体的动力学性能,特别是振动性能发生了很大的变化,低速不能激发的模态在高速情况下几乎全部被激发,并出现了二次振动,此外,高速动车客室装饰和布局也完全改变。原有的车体振动舒适度测试方法是以中低速振动参数为依据的,测试内容和测试方法不能体现或不能全面反映高速动车组的振动情况,论文针对高速列车的振动特性,对振动舒适度的测试方法和分析内容进行了详细的研究,通过实测数据,分析了同车厢中不同位置的车体加速度值的分布特点,分析了不同速度下的高速列车的加速度值的变化趋势,分析了明线和隧道工况下的振动舒适度值的变化,提出了高速列车振动舒适度的改进测试方案。     

牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型,应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型,利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型; 考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用,通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析,对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下,高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动,牵引电机悬挂节点径向刚度为20~30 MN·m^-1时,牵引电机垂向振动达到极小值,齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小,且径向刚度较小时车辆安全性指标较优;牵引电机悬挂节点轴向刚度为4~6 MN·m^-1时,齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小;牵引电机悬挂节点阻尼为0.1~40.0 kN·s·m^-1时,转向架部件振动有效值较小,阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微,且车辆安全性及平稳性指标较优。     

高速列车诱发的环境振动研究综述

高速列车诱发的环境振动是当今铁路交通领域的热点问题．文中介绍了研究该问题的四种基本方法,即解析的波数一频率域法、数值分析法、试验法和经验法,按研究方法分类,总结过去十多年里该领域的研究状况及进展,提出了今后需进一步研究的若干问题．     

高速列车对站房振动噪声影响的试验研究

为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响,以成渝高铁沙坪坝站为工程背景,通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压.通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析,探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性.结果表明:在列车运行荷载作用下,站房与站台的结构振动优势频段为10.0～80.0 Hz,振动随振源距离的增大而减小,站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB;轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处,约为101.0 dB;对候车厅而言,噪声声压级的优势频段为20.0～2 500.0 Hz,列车进站总声压级比列车出站高0.5～1.3 dB(A);对站台而言,噪声的优势频段为125.0～1 000.0 Hz,列车出站总声压级为86.3 dB(A),比列车进站时高1.3 dB(A);对轮轨噪声自身,其优势频段为200.0～2 500.0 Hz,列车进站噪声总声压级为91.1 dB(A),较列车出站时高3.2 dB(A).     

中国高速列车车轮多边形磨耗特征分析

车轮失圆问题广泛存在于我国高速列车,对列车乘坐舒适性和运行安全性有显著影响.从2011年至2020年,测试了12条高铁线路中9种型号高速动车组的车轮不圆度,包括200、250、300、350 km/h 4种运营速度,共3.05万个车轮;对车轮不圆度测试数据进行特征分析,掌握我国高速动车组车轮多边形磨耗的发展规律;分析影响车轮多边形发展的关键因素,包括车辆轴距、轨道结构和研磨子修形.结果表明：高速动车组车轮存在10～30阶多边形磨耗,多边形波长为90～288 mm,且在100～178 mm波长范围的多边形磨耗最为严重;车辆轴距、扣件类型和环境温度与车轮多边形磨耗形成密切相关,通过改善研磨子和车轮踏面匹配关系,保证踏面横向和圆周处于良好的磨耗状态,使高阶车轮多边形粗糙度水平最大下降60%.     

高速列车过桥诱发地面振动特性研究

为研究高速列车过桥引起的环境振动问题,以沪昆客运专线某铁路桥梁为工程背景,采用现场实测和有限元法获取地面振动特性。将计算值与实测值对比分析,结果表明：高速列车过桥引起的地面横向振动加速度稍大于垂向振动加速度,频谱曲线的主峰频率点可视为周期载荷诱发的共振频率;横垂向卓越频率分布区间为10～80 Hz,频带内各单频加速度幅值随距离增加呈波动衰减趋势;当不同频率的振动波波峰相遇时,相遇点的振动叠加出现放大现象;横垂向加速度最大振级对应的频带为25～63 Hz,大部分出现在31.5 Hz;实测值和计算值在幅值大小及变化趋势吻合较好,加速度Z振级最大误差为1.4 dB。可见,有限元模型满足精度要求,证明该方法能够有效预测环境振动响应。     

高速综合检测列车车体与车下设备耦合振动分析

针对时速400km高速检测列车,建立了刚柔耦合的车辆非线性系统动力学模型,探讨了车下弹性悬挂系统的振动特性．通过仿真和理论分析,研究了检测列车整备状态车体结构模态参数与车下悬挂设备模态参数间的匹配关系,给出整备状态车体与车下有源设备最佳模态参数匹配原则,确定了车体与车下设备悬挂件最佳匹配参数．研究结果表明：该方法可以根据车下悬挂系统的动态响应,有效确定时速400km高速检测列车的最佳车下悬挂方案．     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状,综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响,总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用,基于轮轨间作用力,分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响,概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明：车轮异常磨耗会导致舒适性下降,合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动,降低车内振动噪声,增加列车运行稳定性、安全性和平稳性;合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度;钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动,缩短车辆构架和钢轨的使用寿命;通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨,改善轮轨关系;行波效应对车辆安全性影响很大,与相同激励下的各项参数相比,车速为350 km·h^-1、行波速度为300 m·s^-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低;横风作用下受电弓气动抬升力增大,影响接触网安全,增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。     

基于台架仿真模型的高速列车齿轮箱轴承动载荷获取方法

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷,由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型;基于谱修正的多点相干随机振动控制算法,通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱,再现了齿轮箱受到的多点相干线路激励;通过台架仿真模型获取了齿轮箱输入轴电机侧圆柱滚子轴承在服役振动环境下的轴承径向载荷、轴承中心轨迹和滚子与外圈滚道接触载荷。研究结果表明：通过谱修正控制算法,在优化速度指数为0.3,进行10次迭代后,轴箱的仿真与实测加速度功率谱相对误差趋于稳定,最大相对误差小于10%;不同的电机输入扭矩下,有无线路激励齿轮箱轴承动载荷表明,电机输入扭矩决定了齿轮箱轴承动载荷均值,而线路激励是齿轮箱轴承动载荷波动的主要原因;频谱分析显示,线路激励增大了轴承径向载荷在中低频带与齿轮啮合频率处的能量;同时线路激励增大了滚子与外圈滚道接触载荷,但是接触载荷的接触区和均值无明显变化;当无线路激励时,轴承中心轨迹沿齿轮的压力角振动,与垂直轴夹角为26°;线路激励使轴承中心轨迹波动范围更大、更随机,在方向上没有明显特征。可见,电机输入扭矩和线路激励是高速列车齿轮箱轴承动载荷的主要来源,台架仿真模型可为高速列车齿轮箱轴承动响应评估和载荷谱建立提供有价值的参考。     

高速动车组轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响

为分析钢轨波磨、车轮多边形等轮轨短波不平顺条件下轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响,分别从仿真计算、现场试验和台架试验3个方面进行综合分析,通过建立车辆-轨道刚柔耦合系统动力学仿真模型,分析了钢轨波磨和车轮多边形对轮轨耦合振动的影响,并在武广高铁进行了钢轨波磨条件下新、旧轴箱转臂节点对轴箱振动响应的影响试验,在滚动试验台上进行了高阶车轮多边形条件下新、旧轴箱转臂节点对转向架振动响应的影响试验;对已服役运用120万公里的A、B型轴箱转臂节点进行了1 000万次疲劳耐久性试验,论证了服役轴箱转臂节点疲劳可靠性的安全裕量。研究结果表明：在钢轨波长为120 mm,车轮多边形为20阶,钢轨波磨和车轮多边形波深均为0.04 mm的条件下,当轴箱转臂节点径向刚度由40 MN·m^-1增加到200 MN·m^-1时,钢轨振动加速度、轴箱振动加速度和轮轨垂向力基本不变,在钢轨波磨和车轮多边形等短波激励下,轴箱转臂节点刚度变化不会对轮轨耦合振动产生明显影响;随着疲劳试验次数的增加,轴箱转臂节点径向和轴向刚度均逐渐下降,退役轴箱转臂节点在经历1 000万次疲劳耐久性试验后外观状态基本无改变,芯轴与橡胶粘接部分出现轻微开胶和裂纹,开胶和裂纹深度不大于5 mm,橡胶本体均无裂纹,各项性能满足《机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件》(TB/T 2843—2015)中的规定。     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h^-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h^-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。