新型中低速磁浮车辆振动传递特性研究

随着磁悬浮技术的飞速发展,一系列问题随之而来,其中磁悬浮车辆的振动问题是无法忽视。为了优化某新型中低速磁悬浮车辆的振动传递问题,本文建立了新型中低速磁悬浮车辆刚柔耦合模型;考虑车体弹性模态,采用扫频激励法,研究了磁浮车辆在不同激励模式下,在不同的振动传递路径下,车辆悬挂参数以及车下设备悬挂参数对振动传递的影响,以及有源设备振动对车体振动的影响,并分析了新型中低速磁浮车辆的动力学表现;结果表明,新型中低速磁悬浮车辆主要振动频率有2.6 Hz, 9.2 Hz、12.1 Hz和17.4 Hz等;优化垂向减振器阻尼等悬挂参数能够较好地抑制车体振动以及获得更好的动力学性能表现,减小车下设备悬挂刚度可以抑制车下有源设备的振动传递。     

轨道车辆车体刚度计算方法的研究

车体结构刚度是车体轻量化的主要限制条件之一,在实现轻量化的同时,只有保证车体结构有充分的刚度,才能保证其安装设备的正常工作。通过介绍车体简化成变截面变刚度及变质量的简支外伸刚性梁模型,对Pro/E软件对车体的实体模型、固有属性进行了分析,运用有限元计算求得车体整体刚度,从而有效改进车体结构。     

油气悬挂式履带车辆联合仿真建模与响应分析

为分析油气悬挂式履带车辆行驶过程中的动态特征,基于RecurDyn和MATLAB/Simulink搭建悬挂行走系统联合仿真模型.采用RecurDyn完成悬挂行走系统几何模型的构建及装配,在Simulink中实现油气悬挂弹性力和阻尼力的求解,通过数据交互的方式实现二者的联合求解.开展随机路面激励下的响应特性分析,分别观测负重轮加速度、油气悬挂受力、车体质心位移和加速度等响应曲线.结果表明:1号和6号负重轮上的加速度较大,且1号油气悬挂上的受力要明显大于其他油气悬挂;车体会从启动时的低频振动过渡到运行状态下的高频振动.研究结果可为悬挂行走系统的优化设计提供重要的参考依据.     

基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化

针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标,建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知,优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%,表明所建立的优化设计方法是正确的.     

全地形车车体动态特性分析

运用仿真和实验相结合的方法分析了全地形车车体的振动特性.利用三维制图软件UG4.0根据设计图纸建立车体的几何模型,然后用Hypermesh建立车体、车体挂发动机的有限元模型,并导入到Msc.Nastran中进行了自由模态的计算.通过模态实验验证了车体有限元模型的准确性.模态分析结果表明,挂上发动机后增加了车体的弯曲刚度,导致一阶弯曲频率的升高,而发动机的质量导致了车体一阶扭转频率的降低.最后分析了路面激励和发动机的激励对车体动态特性的影响,并提出了修改的方案和建议.     

轨道车辆车内压力与车体气密性、侧墙刚度、车外压力变化的关系研究

当列车高速交会或高速通过隧道时,车体外产生的空气压力波传递到列车车内,造成车体内空气压力发生波动,给乘车舒适性和安全性带来严重影响.本文首先从车体气密性和车体侧墙刚度角度探明其对车内压力变化的影响,分别获得大刚度非密闭列车车体模型车内压力与车体气密性、车外压力变化理论关系式和不同刚度密闭车体模型车内压力变化率与车体模型侧墙刚度、车外空气压力变化幅值的理论关系式;在此基础上,同时考虑车体气密性和车体侧墙刚度对车内压力变化的影响,通过实验研究得出高速列车车体模型车内压力变化率与车体气密性、车体侧墙刚度、车外压力变化幅值的理论关系式,为科学设计高速列车车体提供理论支撑.     

基于负刚度的高速动车组二维动力吸振器研究

研究基于加速度的二维动力吸振器的理论模型,提出基于车体刚性振动的二维动力吸振器控制方法,设计同时吸收车体点头、浮沉振动的二维动力吸振器.针对二维动力吸振器安装所需低动刚度要求,利用碟形弹簧的负刚度特性,设计了用于安装二维动力吸振器的高静刚度低动刚度减振元件.建立高速动车组垂向动力学非线性模型,分析二维动力吸振器对车体振动的作用.研究结果表明,二维动力吸振器可以有效抑制车体浮沉、点头振动,提高运行平稳性.     

模态参数在铁道车辆运行平稳性研究中的运用

研究了运用车体模态参数来评估与分析运行平稳性的方法.设计了轨道成型滤波器和感觉滤波器,与车辆动力学方程一起,建立了铁道车辆的路-车-人统一的数学模型.针对该模型运用协方差法计算车辆的运行平稳性,分析车体的点头及浮沉振型、上心滚摆及摇头振型的模态参数对车辆垂向及横向运行平稳性的作用及影响,同时分析二系悬挂元件的刚度及阻尼系数对车体点头、浮沉、摇头及上心滚摆振型模态参数的影响.所得结论为运用模态参数来评估和改进车辆的运行平稳性提供了一定的依据.     

CRH5动车组车体底架的结构分析与轻量化研究

在分析现有轻量化研究方法和理论的基础上,对CRH5动车组M2S车体底架进行轻量化研究。使用ANSYS软件建立有限元模型,对车体模型进行网格划分,针对强度刚度标准要求,对各工况进行组合计算,通过有限元分析,确定优化工况和优化对象。在Opti Struct平台上采用变量分组法进行分别基于连续变量和离散变量的尺寸优化。对比研究优化结果,M2S车体尺寸优化后质量下降8%左右,由此探索M2S车体轻量化的有效途径。     

铁道车辆弹性车体垂向运行平稳性最优控制

采用基于轨道不平顺谱的最优控制及包括轮轴间时延的预瞄控制算法,设计了整车的主动悬挂控制规律,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析.结果表明,基于轨道谱的预瞄控制算法在控制输出力及抑制车体的振动效果方面要略优于单纯基于轨道谱的最优控制算法;基于轨道谱的最优控制可以改善轨道至弹性车体中部的加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制车体的整体弹性振动;最优控制算法对车体系统的低频振动及车体弹性一阶垂向弯曲振动控制作用明显,而对车体高频振动基本无抑制作用,据此可以帮助选择助动器的响应频率范围.     

高速列车半主动悬挂系统的振动及主动控制

本文对两自由度高速列车半主动悬挂系统的垂向振动进行研究,考虑了二系悬挂中的刚度三次非线性。采用模态设解法、多尺度法得到了振动系统的二次近似解析解及振动系统的平均方程。振动系统的二阶模态振幅远远大于一阶模态的振幅,重点讨论了外激励频率趋近振动系统二阶模态频率时的振动控制情况。对线性系统的时滞反馈控制表明,存下一个最佳的反馈增益系数,无论时滞量如何取值,当反馈增益系数取得该值时,车体的振幅达到最小。对非线性时滞反馈控制,针对某一反馈增益系数,存在时滞的某些减振区间,当时滞量在该区间取值时能够抑制车体的振动。并且存在一些时滞的最佳值,车体的振幅达到最小。研究结果表明,能够利用时滞反馈控制改善悬挂系统的振动特性,达到抑制车体振动的目的。     

基于遗传算法的汽车变速箱轻量化设计

文章利用近似模型方法和遗传算法对某变速箱进行轻量化设计.在满足变速箱刚度强度及振动模态要求的基础上,采用拉丁方法进行试验设计,基于高斯径向基函数建立近似模型,最后利用遗传算法进行全局寻优设计.优化后箱体质量降低了21％.结果表明,该方法对汽车变速箱结构轻量化设计具有一定的指导意义.     

城市高架轨道多层隔振系统影响参数匹配

以轨道交通30m双线混凝土简支箱梁桥为研究对象,考虑扣件-轨道板支承-桥梁支座多层隔振系统内部耦合机理,建立车-轨-桥有限元模型(FEM).通过现场试验数据验证模型有效性.利用该模型展开多工况计算分析,研究各层隔振元件刚度的改变对车体、轨道结构、桥梁结构振动响应特性和综合隔振效果的影响规律,获取参数匹配原则.结果表明:高架轨道各层隔振元件宜采用匹配设计,可在改善沿线环境隔振效果的同时,兼顾车-轨-桥各层子系统动力响应特性.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

高速列车低频晃车在线检测及控制

结合先进信号检测技术和主动惯容元件,提出一种针对高速列车低频晃车的在线检测及控制方法。利用经验模式分解(EMD)和Hilbert变换对实测晃车信号进行特征提取,并定义谱能比为检测指标;在建立车辆横向动力学模型的基础上,采取主动惯容式车体控制策略。结果表明,非晃车段和晃车段的加速度谱能比相差55%,该方法对晃车信号有强分辨力;与传统悬挂相比,主动惯容式车体控制策略能显著降低晃车特定频段的频响幅值,车体振动加速度的均方根值降低了53%。     

地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算

针对地铁二系垂向悬挂系统的阻尼匹配问题,提出了一种悬挂系统最佳阻尼比的解析计算方法.基于国内外几种典型轨道谱分析,利用曲线拟合方法构建适用于车辆运行平稳性理论分析的轨道高低不平顺输入模型;根据1/4车体3自由度垂向振动模型,以车体振动加速度的均方值最小为目标,利用随机振动理论和留数定理建立了地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算模型,并通过实例计算及仿真加以验证.结果表明,阻尼比的解析计算值与仿真值的最大相对误差仅为2.55%,从而验证了所建立的地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比解析计算模型的正确性.     

PID-GPC算法在高速列车横向半主动悬挂控制系统中的应用

针对列车悬挂控制系统中控制器设计的复杂性,利用SIMULINK建立了17自由度的列车整车横向振动模型,引入了PID型广义预测(PID-GPC)半主动控制原理和控制策略,将半主动悬挂与被动悬挂在横向加速度、横向位移、横向振动速度以及平稳性上进行比较分析,结果表明,采用PID-GPC半主动悬挂装置能有效抑制车体的横向振动,提高列车的运行平稳性和舒适度。     

多物理场耦合激励下的高铁车内噪声分析

搭建了整备状态下的某高速列车动力车厢有限元模型,包括白车身、内饰件和牵引传动系统.提出了多物理场激励耦合作用下的高速列车车内结构辐射噪声分析方案,分别采用刚性多体动力学、边界元法和大涡模拟获取了二系悬挂力、轨道噪声和车体表面压力脉动,与车体模态耦合后得到车体结构的振动响应.完成了时速350,km/h下的列车搭载试验和车体结构响应计算,在地板上随机选取了一个振动测点,仿真与试验得到的振动速度级曲线趋势和幅值具有较高的一致性,验证了仿真模型与多物理场耦合激励的精度.最后采用耦合边界元分析了耦合激励下的车内结构辐射噪声.     

有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比优化

针对有轨电车二系垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体三自由度垂向振动模型,利用MATLAB/Simulink建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计仿真模型;以人体振动舒适性最佳为目标,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计数学模型.在此基础上,以轨道高低不平顺作为输入激励,以二系悬挂垂向行程及一系悬挂垂向动作用力为约束条件,创建了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法.通过实例对阻尼比进行了优化设计,可知阻尼比的优化设计值能够显著提高有轨电车的乘坐舒适性,表明所建立的有轨电车二系垂向悬挂系统阻尼比的优化设计方法是正确的,为二系垂向悬挂系统阻尼匹配减振器设计奠定了重要理论基础.     

基于耦合度的铁道车辆平稳性分析

为探究转向架蛇行运动对车体异常晃动的影响程度,首先,建立了多刚体的车辆系统模型,仿真再现了横向平稳性局部恶化现象.其次,基于模糊数学的欧式贴近度准则,定义了整个车辆系统所有模态之间的耦合度,以降低系统的耦合度为目标,对车辆悬挂参数进行了优化设计.计算结果表明:转向架蛇行运动的频率与车体横向振动的固有频率相接近时,车体横向发生耦合振动,恶化横向平稳性,此时车辆系统耦合度最大.通过优选车辆的悬挂参数,可有效降低耦合度,减弱车体横向耦合振动,消除横向平稳性局部恶化现象.