针对高速车辆线性稳定性的等效锥度运用限值确定方法

为制定合理的轮轨匹配等效锥度运用范围,避免高速车辆出现蛇行失稳现象,提出一种基于模态分析的轮轨匹配等效锥度合理运用限值确定方法。首先,基于车辆系统动力学理论,建立包含21个自由度的高速车辆系统横向动力学模型;其次,采用模态分析计算车辆系统模态参数(模态频率、阻尼比和振型),并提出基于最小模态距离的蛇行频率连续跟踪算法;然后,利用车辆系统模态最小阻尼比判断模态振型,对轮轨匹配等效锥度和速度进行协同变参计算,确定等效锥度运用限值;最后,从模态视角研究车体蛇行失稳的发生机制。结果表明:在广域轮轨匹配关系下,转向架蛇行失稳和车体蛇行失稳区域均具有清晰的边界,且二者不邻接;对于车体蛇行失稳而言,频率耦合不是唯一决定因素,频率耦合速度也是决定因素之一,当频率耦合发生在较高速度下时易发生车体蛇行失稳。采用该方法,确定所构建的高速车辆模型在350 km·h^(-1)车速下的等效锥度运用限值为0.07~0.41。

车轮多边形对高速车辆曲线轮轨动态作用及磨耗演变行为的影响研究

为研究车轮多边形磨损对高速车辆通过曲线时轮轨动态作用的影响,基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑轮对和构架柔性的刚柔耦合车辆—轨道动力学模型。以横向轮轨力响应为依据选取多边形阶次,制定考虑曲线运行工况的车轮多边形幅值限值,进一步分析曲线上的车轮多边形磨耗演变行为。结果表明:车轮多边形阶次对轮对横向振动存在一定程度的影响;过圆曲线路段时,多边形车轮的接触点横向位置会向名义滚动圆处靠近且对曲线外侧车轮的横向蠕滑力影响更为显著;过超高严重加剧了车轮多边形对曲线通过性能的影响;磨耗后期形成以初始阶次为主导的混合多边形圆周且对车辆动力学特性的影响加剧。

芜湖公铁两用斜拉桥在高速车辆作用下的行为分析

本文首先进行了芜湖公铁两用斜拉桥的模态分析，然后分别就单个机车和列车以不同的速度沿单向和双向对开通过桥梁时，详细研究了芜湖公铁两用斜拉桥的动力行为。计算结果表明，（１）由于斜拉桥的竖向第一自振周期比较长，因而在本文所研究的行车速度范围内，无论是单向还是双向行进的机车或列车所引发的桥梁竖向振动远离共振区间，因此桥梁的最大位移没有显著差异；

考虑轴箱轴承表面波纹度的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立一高速车辆出现轴箱轴承表面波纹度缺陷的动力学计算模型,将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用,轴承中的滚子直接等效成若干个力元,分别考虑轴承的内、外圈以及滚子表面波纹度对车辆振动特性的影响。仿真结果表明:当轴承出现波纹度缺陷时,轴箱振动加速度会增大,而构架的加速度变化不大;对于外圈表面波纹度,会在特定频率及其倍频处出现峰值,且当纹度波数等于或接近滚子数目相或其倍数关系时,轴箱会出现严重的振动;对于内圈表面波纹度,当波纹度数N_w≠iZ±1且N_w≠iZ±1(其中i为正整数)时,在所仿真的波数下可能会出现多种基频及其倍频成分,否则只会产生特定的基频及其倍频成分;对于滚子表面波纹度,当滚子波纹度数目为偶数时,只会出现特定的基频及其倍频成分,且在特征频率旁边存在着调制边带;随着滚子波纹度数目的变化,三种情况下的轴箱振动加速度幅值会在波纹度数目等于滚子数目处产生峰值点,且随着波纹度幅值的增加,三种情况下的轴箱的振动均变得越来越剧烈。

用于高速车辆动态仿真的轨道谱分析

在阐述了用于高速车辆动态仿真的轨道谱特征基础上,着重分析了美国轨道谱与高速轨道谱之间的关系,论证了后者是在前者的基础上发展起来的,提出了实物振动试验台可用美国6级轨道谱缩减系数方法实现高速轨道谱对机车车辆的激振,这一方法已在实物试验中应用。

轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立了一高速车辆出现轴箱轴承早期缺陷的动力学计算模型,将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用,轴承中的滚子直接等效成若干个力元,分别考虑了轴承的内、外圈以及滚子表面早期缺陷对车辆垂向振动特性的影响。仿真结果表明:当轴承表面出现早期缺陷时,轴箱振动加速度显著增大,而构架的加速度变化不大;当内外圈以及滚子缺陷尺寸(缺陷宽度和深度)相等时,轴承外圈缺陷对轴箱的加速度幅值影响最大,轴承滚子缺陷对轴箱加速度幅值影响最小;随着早期缺陷宽度的增加,3种轴承缺陷下的轴箱加速度幅值均逐渐变大;轴承早期缺陷能够引起轴箱的高频振动,但对车辆的平稳性影响甚微。

基于天棚和地棚混合阻尼的高速车辆横向减振器半主动控制

在研究抑制高速轨道车辆横向振动时,传统天棚阻尼控制方法使车体的横向振动降低的同时,却增加了转向架和轮对的横向振动,导致机车高速运行时脱轨的可能性变大,运行安全性降低。针对上述问题,在Adams/Rial中建立了轨道车辆单节拖车的整车模型,利用Matlab/Simulink工具,结合天棚阻尼控制和地棚阻尼控制特点,研究了混合阻尼控制对高速列车横向振动的抑制作用。结果表明,混合天棚阻尼控制综合考虑了高速车辆运行时的舒适性和安全性,使高速车辆具有更好的综合性能。

关于高速车辆内部气流噪声计算方法的研究

高速车辆的气流噪声是随现代科技高度发展而产生的新问题。此文在风洞实验的基础上 ,分析了气流噪声向车内传播的基本途径 ,并采用了边界元 (BEM )和统计能量分析 (SEA)相结合的方法 ,针对桑塔纳缩尺模型 ,对由车外脉动压力诱发产生的模型车内气流噪声的大小进行了理论计算 ,跟风洞实验结果相比 ,吻合较好。

基于转向架悬挂参数与踏面锥度优化的高速车辆动力学性能分析

利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立包含高速车辆车轮不同踏面和60kg/m钢轨型面的车辆系统动力学模型,研究改变车轮踏面锥度和悬挂参数对车辆动力学性能的影响,并根据计算结果得出一组新的优化参数。结果表明:车辆系统的稳定性主要由轴箱定位刚度和抗蛇行减振器阻尼决定,而舒适性主要由二系垂向阻尼、横向减振器阻尼以及系统垂向刚度决定。对于轮轨磨耗而言,优化后的高速车辆车轮踏面具有较好的耐磨性能,踏面锥度大、对中性好,不易产生较大幅度的横向振动。总体而言,优化后的车轮踏面锥度和悬挂参数在平稳性、稳定性和磨耗方面优于或接近标准参数车辆,验证了其可行性,为车辆结构参数统一化设计提供相应理论依据。

高速车辆内部气流噪声的统计能量分析

在风洞试验的基础上 ,分析了气流噪声向车内传播的基本途径 ;根据统计能量分析 (SEA)理论 ,建立了车辆模型的固体传声和泄漏声 SEA模型 ,确定了模型各子系统的 SEA参数 ;通过编程求解 ,对由车外脉动压力诱发产生的车内气流噪声进行了理论计算 ,与风洞试验结果相比 。

高速车辆横向减振器模糊天棚半主动控制研究

为了研究减少高速列车运行中车体横向振动,利用ADAMS/Rail与Matlab建立了联合仿真高速列车车辆动力学模型,并利用开关型天棚控制算法和连续型天棚控制算法对高速列车车辆横向减振器进行了半主动控制仿真研究.结果表明:开关型天棚控制算法简单实用,但控制效果逊于连续型天棚控制算法,还有可能发生颤振;连续型天棚控制算法控制效果好,但对系统的实时性和减振器结构的要求较高.针对这2种控制器的优缺点,同样基于上述模型,结合模糊理论和天棚速度阻尼控制,开发了一种新的控制方法,经研究表明,该控制方法具有很好的控制效果,并能弥补上述2种方法的不足.

钢轨波磨对高速车辆振动特性的影响

为了准确研究高频激励下的车辆振动响应,综合考虑了车辆主要部件和轨道弹性振动的影响。对于车辆模型,采用刚柔耦合动力学理论来模拟车体、构架、轴箱和轮对;轨道模型包括基于Timoshenko梁模型的弹性钢轨和基于有限元理论和模态叠加法的轨道板。通过采用单一正弦函数来描述轨道波磨不平顺,分析了钢轨波磨激励对车辆系统动态响应的影响,同时调查了车速、钢轨波磨波长和波深对车辆系统振动响应的影响规律。结果表明:在钢轨波磨作用下,轮轨相互作用力和车辆系统响应均出现了周期性波动;轮轨力随着速度的增加先缓慢增加,再急剧增加,最后又保持缓慢增长趋势;钢轨波磨在一定速度下能导致构架端部和轴箱端盖发生比较严重的弹性振动;轮轨力随着钢轨波磨波深的增加而变大,随着其波长的增加而减小。

高速车辆气流噪声计算方法

随着发动机、传动系和轮胎等其它噪声的降低以及车速的不断提高 ,高速车辆气流噪声变得越来越突出 ,因此研究和降低气流噪声已成为控制高速车辆噪声的关键之一。通过求解广义Lighthill方程 ,得到了适合车辆行驶工况的气流噪声积分计算公式。根据车辆的实际工况 ,对气流噪声计算公式进行了分析 ,明确了在车辆气流噪声中偶极子源噪声占主导地位 ,表面脉动压力是车辆气流噪声的主要声源。在此基础上 。

考虑车体弹性的铰接式高速车辆模型及响应计算分析

本文引用多体动力学方法，对高速铰接式车辆进行建模及动力响应计算分析，建立了计及车体弹性效应在内的多体系统计算模型，其计算结果可与多刚体模型的计算结果以及试验结果进行比较和相互修正，为车辆动力性能设计提供依据。

气动力作用下高速车辆横向稳定性分析

从气动弹性力学角度出发,以17个自由度的高速列车车辆模型为研究对象,基于准定常气动力的假设,建立了气动力作用下的车辆横向运动微分方程。采用特征值分析理论确定了线性系统的临界蛇行速度,分析了气动力对车辆蛇行临界速度及曲线通过性能的影响;采用数值积分方法研究了车辆在气动力和轮缘力联合作用下的极限环响应。结果表明:气动力对高速列车车辆横向稳定性、曲线通过性能及极限环振动有着较为明显的影响。

高速车辆与桥上道岔动态相互作用规律初探

为揭示高速运营条件下车辆与桥上道岔的动态相互作用规律,建立考虑轮轨间动态接触关系的高速车辆-道岔-桥梁耦合振动模型,并编制相应计算程序CDAVTB。以时速350 km18号道岔布置于6×32 m连续梁上,轨下基础采用底座纵连式无砟轨道为例展开仿真分析,就铺设于我国客运专线桥梁上的引进技术与自主研发高速道岔的动力响应进行比较,并分析桥梁竖向刚度和岔桥相对位置对车岔桥系统动力响应的影响。结果表明:高速道岔铺设于桥上时,各项动力响应均有所增大,道岔结构参数对车岔桥系统动态相互作用的影响较大。随着桥梁竖向刚度的增大,系统各项动力响应呈减小趋势,32 m跨连续梁的ZK荷载挠跨比宜按不大于1/9 000进行设计。岔桥相对位置的变化将导致系统动力响应的较大差异,就32 m跨度连续梁而言,道岔辙叉部分布置于列车运行方向上距离桥墩1/8至1/4跨范围内时最优。

高速车辆/列车控制中无线数据传输的可靠性、可用性分析

无线通信技术快速地发展 ,使得利用无线技术传送车、地信息成为可能。该技术在车辆 /列车控制系统中应用时的关键问题是无线传输的可靠性、可用性 ,特别是在高速情况下 ,无线传输的误码率能否满足车辆 /列车控制系统的要求。笔者分析了高速环境下无线信道的特性 ;分析无线传输用于高速车辆 /列车控制系统的可靠性、可用性 ,建立信道模型 ;分析了车辆 /列车速度对无线信息传输误码率的影响 ;结合环境特点提出改进无线链路性能的具体措施。最后 ,还提出了高速环境下判断无线传输能否满足车辆

高速车辆外气流噪声的数值模拟及分析

应用软件Fluent的大涡模拟和FW–H声学方程,对汽车模型的远场噪声进行了数值模拟与分析,得到了高速车辆车外气流噪声的频率特性和速度特性,并且得出了汽车左右侧窗对远场噪声影响最大。最后通过对侧窗单独分析发现,侧窗与水平面夹角在一定范围内时远场噪声较小。结果表明,CFD数值模拟方法得出的结果与试验结果基本吻合,计算结果基本满足工程需要,但计算精度有待于进一步提高。

2种制造/安装偏差对高速车辆方向稳定性的影响

为改善高速车辆的方向稳定性,研究了左右轴距不等及车身纵轴线与前后车轴中点连线不重合的2种制造/安装偏差,及其导致车辆高速行驶时出现跑偏现象的机理及相关影响.建立了这2种制造/安装偏差导致高速车辆发生跑偏运动的动力学模型,推导出其状态方程,并通过数值仿真定量解析了这2种制造/安装偏差对车辆高速方向稳定性的影响.研究结果表明:左右轴距不等对高速车辆方向稳定性的影响较车身纵轴线与前后车轴中点连线不重合的影响明显,因此它是导致高速车辆方向跑偏的主要原因之一;车身纵轴线与前后车轴中点连线在后轴处的偏差对车辆方向稳定性的影响较车身纵轴线与前后车轴中点连线在前轴处的偏差略明显.

高速车辆拖动式独立车轮轮对的研究(待续)

独立车轮转向架在高速车辆中有良好的发展前景 ,但由于缺乏直线复位和曲线转向能力 ,长期没有得到普及和推广。本文通过理论分析和动力学计算表明 ,采取适当措施使独立车轮轮对以拖动的形式前进 ,可以有效解决独立车轮的导向问题。拖动式独立车轮轮对在直线上复位可靠 ,在曲线上借助径向调节装置能够近似地处于轨道的径向位置 ,与传统轮对比较 。