基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化

针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题,首先,以国内某型2B0轴式高速机车为基础,采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型;其次,以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标,同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态,通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计;最后,根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型,并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明：在参数给定优化范围内,机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响;而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感,前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感,在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外,将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台,并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性,可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。     

抗蛇行减振器常见故障对高速列车动力学性能的影响

以CRH380B型动车组为实例,结合实际中常见的抗蛇行减振器故障,基于车辆动力学理论,利用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,通过改变抗蛇行减振器阻尼特性来模拟不同故障类型,从而对车辆进行动力学研究.结果表明:当抗蛇行减振器故障后的剩余阻尼力在标准阻尼力50%以下时,对车体平稳性、稳定性、曲线通过性能均有很大影响.其中当抗蛇行减振器剩余阻尼力为标准力值的50%时,车体垂向和横向平稳性指标分别达到了1.85和2.20,脱轨系数达到了0.45,非线性临界速度降低到了271km/h.得出抗蛇行减振器的最佳阻尼特性:当卸荷速度为0.03m/s,卸荷力为8~9kN时,车辆各动力学性能达到相对最优状态.     

高速列车减振器组合阻尼特性效应研究

针对我国轨道车辆型号多、不同型号减振器参数差异较大的状况,开展减振器组合阻尼特性效应研究.采用动力学仿真软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,加入实测武广线轨道激励并考虑车辆系统非线性关系,在模拟运行速度300 km/h的情况下得到动力学性能指标,分析抗蛇行减振器和二系横向减振器组合阻尼作用对车辆动力学性能的影响.结果表明:合理的抗蛇行减振器和二系横向减振器组合阻尼参数可明显提高车辆动力学性能,车辆平稳性和稳定性主要受抗蛇行阻尼的影响,受二系横向阻尼的影响较小;建议高速车辆减振器的选取综合考虑阻尼参数的组合效应,适当增大抗蛇行阻尼的同时,合理减小二系横向阻尼,本研究可以为减振器参数的选取和优化提供相应的理论依据.     

宽轨机车水平悬挂参数对临界速度的影响

针对某型宽轨机车,建立了机车转向架临界速度分析模型和10自由度蛇形运动微分方程,利用特征根法求解转向架的临界速度,分析机车水平悬挂参数对临界速度的影响以及一系横、纵向刚度和二系横向减振器参数之间的匹配关系。研究结果表明：二系水平悬挂参数对机车临界速度的影响相对较小;一系横、纵向刚度与二系横向减振器刚度的适度增大均可提高机车的临界速度,合适的二系横向减振器阻尼值可使临界速度达到最高;二系横向减振器最优阻尼值随一系纵向刚度的增加而减小,并逐渐到达稳定值;二系横向减振器最优阻尼值随二系横向减振器刚度的增大而增加;随一系横向刚度的增加,二系横向减振器刚度较小时,二系横向减振器最优阻尼值先减小后增大,二系横向减振器刚度较大时,减振器最优阻尼值也增大。     

机车车辆半主动悬挂控制系统的研究

为解决我国铁路提速后提速机车与动力车普遍存在的横向平稳性能不佳而难以适应列车在高速运行时对平稳性的要求的问题,对二系横向悬挂系统采用半主动悬挂方式,研究了机车车辆横向半主动悬挂系统的控制策略、横向天棚减振控制原理及其电子控制系统构成.研究结果表明:此控制系统采用比PID控制更便捷的控制方法,可实现横向阻尼调节,结构相对简单,实时性好,价格低廉且能耗低,控制简单,失效导向安全性良好,在此系统控制下,半主动减振器能够实现阻尼系数的在线连续调节;此系统在减振器试验台上与半主动减振器的联合实验和仿真计算所得横向平稳性指标分别为2.894和2.746,表明控制系统工作稳定,能满足控制要求,车体运行的平稳性优于被动悬挂系统.     

非成型向金属橡胶减振器的减振性能

金属橡胶非成型向具有很好的刚度、耐腐蚀性、又具有一定阻尼等特性. 以其为承载主体,设计出一款应用于舰艇大质量管路减振的新型减振器. 基于双折线本构关系,用等效线性化方法建立减振器的动力学模型. 通过正弦激励加载试验,研究不同激振力、不同阻尼元件密度、不同预紧间距以及不同布置方式对新型减振器减振效果的影响. 根据预紧间距和布置方式的试验情况,对减振器结构设计和实际安装进行优化. 试验发现,激振力对减振性能影响效果显著,减振性能随着激振力的增加而增加,随阻尼元件密度增加而降低,随预紧间距减小而降低. 研究结果对舰艇管路系统减振措施等工程应用提供了理论指导和实验依据.     

基于非成型向金属橡胶的管路吊架减振性能研究

管路系统减振是保证舰艇整机系统正常工作的必要前提,本文利用金属橡胶非成型方向具有很好的刚度、耐腐蚀性、又具有一定阻尼等特性。以其为承载主体,设计出一款应用于舰艇大质量管路减振的新型吊架减振器。基于双折线本构关系,用等效线性化方法建立吊架减振器的动力学模型。采用正弦激励加载试验,研究了不同激振力、不同阻尼元件密度、不同预紧间距以及不同布置方式对新型减振器减振效果的影响。根据预紧间距和布置方式的试验情况对减振器结构设计和实际安装进一步优化。试验发现,激振力对减振性能影响效果显著,减振性能随着激振力的增加而增加,随阻尼元件密度增加而降低,随预紧间距减小而降低。研究结果对舰艇管路系统减振工程应用提供了理论指导和实验依据。     

不同位置横向减振器失效对地铁车辆动力学性能影响

为了研究地铁车辆不同位置二系横向减振器失效对地铁车辆动力学性能影响,建立了横向减振器力元模型和地铁车辆非线性动力学模型,分别计算并比较了地铁车辆二系横向减振器正常状态、前转向架横向减振器失效、后转向架横向减振器失效、整车横向减振器失效这四种状态下地铁车辆的临界速度、脱轨系数、轮重减载率和平稳性指标。结果表明：不同位置横向减振器失效均会使地铁车辆的临界速度有所降低;均会使地铁车辆的脱轨系数和轮重减载率略微增大,但影响非常小;横向减振器失效对垂向平稳性指标影响不明显,但会使横向平稳性指标显著增加;并且前、后转向架横向减振器分别失效时地铁车辆动力学性能没有显著差异。     

铁道车辆弹性车体被动减振仿真分析

为了抑制铁道车辆车体弹性振动,提出在车体底架下方纵向安装液压减振器的方案.将车体视为均质欧拉梁,包括结构阻尼和车体液压减振器阻尼在内,建立刚柔耦合垂向动力学模型;采用基于虚拟激励法的平稳性快速算法,研究车体液压减振器对车体弹性振动的影响.研究表明,车体减振器可以有效控制车体弹性振动,减振器阻尼系数越高,对车体刚性的要求就越低.对液压减振器的安装位置分析表明,减振器越靠近车体中部,减振性能越好.本算例中,当车体减振器阻尼系数为5.0×109 N·s·m-1、垂向1阶频率在6.5 Hz以上时,即可满足200 km·h-1的平稳性要求.     

SS7E型机车抗蛇行减振器座改进设计

对SS7E型机车抗蛇行减振器座的结构和疲劳强度进行分析,并通过结构改进,设计出满足机车运行要求的抗蛇行减振器座。     

六轴宽轨电力机车一系减振器开阀点研究

利用SIMPACK软件建立了共计90个自由度的机车动力学模型,针对一系减振器开阀点特性进行了研究。在AAR5级轨道谱的激励下,分析减振器的两级开阀速度、阻尼力,对平稳性及轮轨垂向动作用力的影响。结果表明初次开阀前,阻尼系数的增大会使垂向平稳性得到改善,但会使轮轨垂向力随之增加;第二级开阀速度、阻尼力对机车垂向动力学性能影响较小。综合考虑后重新匹配减振器各段开阀速度及阻尼力,在最大运用车速120 km/h时,前司机室Sperling指标相比原阻尼模型减小8.6%,垂向加速度减小9.95%;相比传统线性阻尼模型垂向Sperling指标减小11.9%,垂向加速度减小18.2%.可为1 520 mm宽轨机车一系减振器的开阀点匹配设计提供理论依据和方法。     

两种轨道谱激励下某宽轨货运机车动力学研究

以某宽轨货运机车为研究对象建立动力学分析模型,采用美国AAR5级谱和AAR6级谱作为轨道随机激励,研究了其相关动力学性能。通过在直线轨道上施加两种不同轨道谱激励仿真计算出不同的非线性临界速度并加以对比分析;采用Sperling指标评价该机车的平稳性;采用轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力来评价该机车的曲线通过能力。结果表明：两种轨道谱激励下该机车仿真非线性临界速度均远大于实际最高限速,具有良好的运行稳定性;其垂向和横向平稳性指标均满足相关标准,机车具有良好的运行平稳性;三个曲线通过性能指标说明该机车具有良好的运行安全性。     

基于缩比模型的独立车轮转向架蛇行运动研究

独立车轮可绕车轴自由转动,轮轴之间的刚性耦合被解除,导致轮轨纵向蠕滑力消失.轮轴系统在直线上难以自动对中,其导向问题亟须解决.通过将麦弗逊悬架结构应用于独立车轮转向架,并采用相似理论论证缩比模型的可行性,建立同侧转动轴线呈“V”字形倾斜的独立车轮转向架1/20比例模型,并制作样机进行直线运行试验,同时开展全尺寸转向架模型动力学仿真.研究结果表明：新的独立车轮转向架在直线上能够重现蛇行运动现象,仿真结果与缩比试验结果相吻合,并且随着运行速度的提升,独立轮对的蛇行运动愈发剧烈;在轮轴系统中安装刚度为7.5 MN/m的横向弹簧,能够使转向架前轴横向运动幅值和频率分别降低72%和79%;通过调整一系悬挂参数和横向弹簧刚度,可以实现转向架的直线自动对中.     

Hopf分岔和车辆蛇行运动的研究

本文对某型机车进行简化并建立了其动力学方程。对机车蛇行运动及其hopf分岔进行了讨论,研究了求解机车蛇行运动hopf分岔及其极限环的数值方法,进行了数值仿真,并对其结果进行了分析。     

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.     

Hopf分岔和车辆蛇行运动的研究

本文对某型机车进行简化并建立了其动力学方程。对机车蛇行运动及其hopf矿分岔进行了讨论，研究了求解机车蛇行运动hopf分岔及其极限环的数值方法，进行了数值仿真，并对其结果进行了分析。     

高速客车悬挂参数对临界速度的影响研究

介绍高速客车蛇形运动和临界速度,引入蛇形运动Hopf分岔,用"升速法"和"降速法"分别求解线性临界速度和非线性临界速度.用德国低干扰轨道谱作为轨道不平顺激扰,基于多体动力学软件SIMPACK,建立高速客车仿真模型,完成参数设置.求解出高速客车线性临界速度为400 km/h,非线性临界速度为355 km/h,绘制蛇形运动Hopf分岔图.对车辆主要悬挂参数进行线性处理,通过控制变量法分析单个悬挂参数对车辆非线性临界速度的影响;对于单个悬挂参数的取值,用变化系数法逐一实验.结果表明,适当增大抗蛇行减振器阻尼,车辆稳定性提升明显,轴箱定位刚度的影响次之,横向减振器主要提高车辆的曲线通过能力,空气弹簧参数对非线性临界速度基本没有影响.     

高速列车蛇行运动分岔类型及评价方法研究

主要研究高速列车超临界和亚临界分岔蛇行运动的基本特征和评价方法.首先考虑不同轨道激励对蛇行运行分岔图的影响，并且提出一种在轨道激励的基础上增加横向脉冲的方法，然后根据极限环波幅、构架横向加速度均方根值及轮轴横向力均方根值分别对高速列车蛇行运动稳定性进行对比.针对不同高速列车进行极限环失稳后的安全性评估，分析高速列车蛇行失稳的脱轨安全性.另外，对于具有磨耗型车轮踏面的车辆，也对其蛇行运动稳定性和运行安全性评估进行了探讨.最后，在滚动振动试验台上进行了稳定性测试，比较了不同蛇行运动稳定性评价方法并验证了仿真结果.     

二系横向刚度和阻尼对一次蛇行的影响分析

为探究二系悬挂参数对车辆一次蛇行的影响,在MATLAB中建立了车辆系统的线性模型。基于模糊数学中的欧式贴近度,追踪了车辆系统的模态,并给定了耦合度概念。利用敏感性系数,表征了车辆系统耦合度受各因素影响的灵敏程度。以降低系统耦合度为目标,研究了二系横向刚度和阻尼对一次蛇行的影响。结果表明:在一定范围内,增大二系横向阻尼或减小二系横向刚度可有效降低系统的耦合度,减小车体的横向耦合振动。     

SS7E机车动力学分析模型的试验验证及工程应用

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了较为详细的SS7E机车在弹性结构轨道上的动力学仿真分析模型,详细的考虑了牵引电机的弹性悬挂与各部件之间的止挡.结合试验结果,对模型及其仿真计算结果进行了验证.结果表明,试验值与仿真计算值吻合良好,该模型能够用来分析SS7E机车的动力学性能.最后,针对该机车在实际运营过程中出现横向非线性异常振动现象,进行了机车二系横向减振器阻尼大小及工作状态对机车舒适性影响等方面的研究.