基于轴箱高频振动的车轮不圆辨识方法研究

为实现对高速列车车轮高阶不圆的实时检测,研究了轴箱高频振动与车轮不圆的频谱特征和映射关系,采用频域积分方法对车轮不圆的幅值和阶次进行辨识.首先,通过静态测试和台架试验,研究我国高速铁路车轮多边形、钢轨波磨和轨道模态的表现形式;其次,通过高速列车长期服役性能跟踪试验,掌握转向架轴箱振动的时频特征和演化规律;最后,以现场出现车轮20阶多边形的车辆为研究对象,提出基于频域积分的车轮不圆阶次和幅值辨识方法.研究结果表明:CRTS-Ⅱ型轨道板钢轨三阶弯曲频率为592 Hz;列车以300 km/h运行时,20阶车轮多边形和136 mm波长钢轨波磨的响应频率分别为580 Hz和613 Hz;钢轨模态、车轮多边形以及钢轨波磨的振动主频较为集中,轴箱高频振动幅值随车速和镟后里程的增大而增大;采用加速度频域积分方法,从理论上可实现对车轮不圆幅值和阶次的辨识;基于线路实测轴箱加速度的20阶车轮多边形辨识结果与静态测试值相对误差不超过5%.

高速列车主动横向悬挂系统Hopf分岔特性

为研究采用主动横向悬挂的高速车辆系统Hopf分岔特性,建立整车横向简化7自由度非线性动力学模型,基于传统天棚控制原理提出天棚/地棚阻尼和刚度非线性控制律,即将二系横向减振器的理想主动力表示为车体或转向架横向位移和速度的三次多项式函数,理论研究状态反馈量和控制增益对车辆系统蛇行运动Hopf分岔速度、极限环幅值和频率的影响规律.结果表明:被动悬挂难以兼顾车辆一次和二次蛇行失稳工况;地棚阻尼和刚度控制律中一次项和三次项增益对一次蛇行分岔特性影响很小;优化地棚阻尼和刚度控制律一次项增益可提升二次蛇行失稳临界速度,其中地棚阻尼控制律提升效果更为显著;优化地棚阻尼控制律三次项增益可以显著降低极限环幅值且不改变蛇行频率,而地棚刚度三次项增益则不影响系统蛇行分岔特性;优化天棚阻尼和刚度控制律中一次项增益能够有效抑制一次蛇行,主要原因是改变了车体悬挂模态阻尼比和频率,然而天棚刚度控制会降低二次蛇行临界速度;综上,合理设计天棚/地棚阻尼和刚度控制律及参数,能够有效调控车辆系统分岔速度及极限环幅值.研究可为基于主动横向悬挂技术的动车组蛇行稳定性和运行平稳性协调控制研究提供理论依据和参考.

高速列车转向架蛇行运动Hopf分岔控制研究

转向架蛇行运动稳定性直接决定高速列车能否安全和平稳运行,采用主动悬挂技术是提高稳定性的有效途径,但目前针对采用主动控制后的转向架蛇行运动Hopf分岔机理和稳定性演变规律的研究还十分缺乏.本文基于高速列车转向架摇头反馈控制下的蛇行运动Hopf分岔特性展开研究.建立包含转向架横移、摇头和车体横移的三自由度简化模型,采用作动器替代现有的抗蛇行减振器提供转向架摇头控制力矩.分别选取转向架摇头角位移和角速度作为状态反馈量,设计线性反馈控制器,并通过Matcont仿真环境实现Hopf分岔和极限环计算.研究表明:对比被动悬挂的分岔特性,转向架摇头角位移和角速度两种主动控制方式均能延后蛇行运动Hopf分岔点,即提高系统线性临界速度;摇头角速度控制能降低蛇行运动频率和分岔后极限环幅值;摇头角位移控制会增大蛇行运动频率,而极限环幅值无明显改变.因此,通过引入转向架摇头控制并选取合适控制增益,能够有效提高高速转向架蛇行运动稳定性.

基于构造地貌指数的金沙江干流涛源古湖的成因探讨

涛源古湖位于金沙江干流构造活动强烈的青藏高原东南缘,其复杂的地质构造背景极易引发地震、滑坡、堰塞湖等链式地质灾害。为了进一步分析金沙江干流滑坡堵江形成堰塞湖的原因,本研究利用30 m分辨率的数字高程模型(DEM)数据和ArcGIS空间分析技术,提取沿金沙江干流的涛源古湖及其邻区坡度、地表起伏度、面积高程积分值和流域陡峭系数等构造地貌指数,并与非构造因素(降水和岩性)对比发现:以寨子村古滑坡为分界点,金沙江上游湖相沉积区与下游地区的构造地貌差异显著;结合前人研究成果分析,进一步印证了程海断裂的构造活动是形成寨子村滑坡及周边地区构造地貌差异性的主要影响因素,滑坡之后造成的堵江也是形成涛源古湖的主要原因,间接反映了沿河道的构造地貌异常变化区域容易发生滑坡事件。

民国时期留日画家与中国美术现代化进程

本文聚焦民国时期的留日画家现象,探讨这一时期留日的时代背景,阐述了民国时期留日画家引入的新理念与技术,以及回国后对中国美术教育体系的建设。留日画家学成回国后,积极投身于中国美术的发展与教育体系的完善,将所学融入实践与教学,有力地推动了中国美术现代化进程,促进了艺术的多元化发展。

基于开关阻尼控制的铁道客车系统的动力学性能研究

建立具有23个自由度的铁道客车系统非线性数学模型。在客车二系悬挂系统中采用具有开关阻尼控制的横向半主动减振器,并考虑半主动悬挂系统的时滞。分析被动悬挂和具有开关阻尼控制的半主动悬挂客车在直线轨道上的蛇行运动稳定性和随机振动响应。研究半主动减振器的阻尼参数和半主动悬挂系统的时滞对客车系统临界速度和随机响应的影响。计算表明,尽管半主动悬挂使客车系统的临界速度低于被动悬挂,构架的横向加速度和轮轨横向力也要大于被动悬挂,但它能够大大减小车体的横向振动加速度,改善旅客的乘坐舒适性。

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。

减振器橡胶节点刚度对铁道客车系统临界速度的影响

建立考虑抗蛇行减振器和二系横向减振器橡胶节点刚度的铁道客车横向振动系统数学模型,通过变量变换得到便于数值积分求解的客车系统运动微分方程组,给出线性和非线性临界速度的近似计算方法。以1辆高速客车为例,比较考虑和不考虑减振器橡胶节点刚度情况下客车系统在直线和圆曲线轨道上临界速度的差别,重点研究抗蛇行减振器和二系横向减振器的橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响。结果表明:抗蛇行减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度有一定影响,而二系横向减振器橡胶节点刚度对客车系统临界速度的影响较小;直线轨道上客车系统的线性和非线性临界速度大于曲线轨道上的值,且线性临界速度高出的值更大些;客车系统在直线轨道上的线性临界速度与非线性临界速度的差值也大于曲线轨道上的值。

高速列车的稳定性

为了研究列车中各车辆在直线上和大半径圆曲线上的蛇行稳定性,建立了具有17个自由度的车辆系统非线性数学模型。模型中考虑了车钩力横向分力的作用,根据列车运行阻力确定各车辆(动车或拖车)的车钩力,其是列车速度和车辆在列车中位置的函数,列车编组共考虑了2M9T、3M8T和6M5T三种形式。应用牛顿拉夫森迭代法确定车辆系统的平衡位置,采用QR算法求解系统雅可比矩阵的特征值,并结合二分法搜索系统平衡位置失稳时的临界速度。通过计算得知,在直线上列车中各车辆的临界速度相差不大,但在曲线上有一定的差别,车辆在曲线上的临界速度要低于直线上的临界速度,曲线半径越小,其临界速度越低,因此进行曲线上的临界速度计算时,必须考虑车钩力的影响。

基于轮轨接触分析的广义横向不平顺研究

铁道车辆在轨道几何不平顺激扰作用下会产生车体晃动,严重时影响乘坐舒适性和行车安全。对车辆晃动问题进行深入研究后,发现除了传统定义的轨向、高低、轨距等轨道几何不平顺之外,诸如钢轨不均匀磨耗、轨底坡变化等其他形式参数的改变也会对车辆系统产生激扰,造成车辆异常晃动。为研究钢轨廓形变化等因素对车辆系统的激扰作用,将轮轨系统视为整体并进行轮轨接触分析,基于对轮对平衡位置的研究,提出了考虑多种激扰综合作用下广义不平顺的定义以及定量计算方法。基于该方法可量化分析不均匀磨耗和轨底坡变化等因素对车辆的激扰,解释并指导解决部分类型车辆异常晃动问题。

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。

客车系统非线性横向稳定性的分叉方法研究

本文首先从理论上叙述了铁道车辆系统非线性蛇行运动稳定性的求解方法。通过研究车辆系统常微分方程的一次近似方程的雅可比矩阵的特征值，来确定系统的Ｈｏｐｆ分叉值即临界速度。系统分叉后的周期解则采用数值积分方法来求解。最后，本文对一高速客车系统的横向稳定性问题进行了分析计算。

货车系统的非线性动力学分析

阐述了车辆系统的线性、非线性和实际临界速度的概念 ,建立了具有 31个自由度的非线性货车系统数学模型 ,考虑了系统中的干摩擦力和轮轨相互作用关系等非线性因素。应用数值方法研究了货车系统的蛇行稳定性特性 ,包括货车系统中的极限环。

轮轨摩擦碰撞及脱轨的研究

研究了轮轨的三维摩擦碰撞问题 ,建立了碰撞动力学模型 ,导出了碰撞过程轮轨接触点切向运动的解析式和车轮跳起高度的表达式 ,推导了轮轨二维摩擦碰撞脱轨的判别准则。最后 ,对轮轨碰撞脱轨进行了实例计算 ,分析了轮对的横向冲击速度、摇头角、轮缘角。

摆式客车倾摆机构研究及自导向转向架动力学分析

首先详细研究了摆式客车倾摆机构的运动学关系和动力学关系 ,提出了车体的倾摆运动规律 ,通过理论计算给出了倾摆作动器的参数。然后建立了摆式客车自导向转向架的非线性数学模型 。

免棱镜全站仪测量拱顶下沉的方法与分析

为了提高地下隧道工程施工中,拱顶下沉测量工作的速度和精度,采用免棱镜全站仪测量拱顶下沉,运用测点间高差相减的方法,消去量取仪器高和目标高的误差影响。用测量数据2次求差,减弱仪器系统误差的影响,提高洞内测量的速度和精度。经实践数据分析,该方法能有效地提高测量拱顶下沉的速度和精度。但应在设站、照明、距离及仰角测量,特别是测点目标的图形样式与明亮度等细节方面,注意不断积累经验,改进方法,保证稳定的测量精度要求。

车辆系统稳态方程收敛解的数值求解

对于车辆系统非线性稳态方程Ｆ（Ｘ）＝０的数值求解，一般都是直接采用牛顿迭代法或其各种改进的迭代法，但牛顿法只有局部的收敛性。本文提出一种沿积分曲线下降的方法，根据系统的稳态方法来合理构造一组具有渐近稳定解的常微分方程，使其平衡位置解即为稳态方程的解。通过对该微分方程进行数值积分，可得Ｆ（Ｘ）＝０的近似解。然后，结合牛顿－拉夫森迭代法进行解的精确化。该方法能够保证稳态方程的求解在大范围内具有较好的收敛性。最后，以一构架式转向架货车的稳态曲线通过为计算实例，对其动力性能进行了分析计算。从数值计算结果看，证明所采用的数值分析方法是行之有效的，具有应用价值。

车辆系统的蛇行运动分叉及极限环的数值计算

本文较深入地研究了非线性车辆系统蛇行运动的Ｈｏｐｆ分叉及极限环数值计算。结合实例，应用ＱＲ算法求出一次近似系统的特征值并结合黄金分割法确定了车辆系统平衡位置失稳的临界状态。应用试射法对其邻域的极限环求解。

轮对稳态脱轨准则的研究

通过进行轮对的受力分析，导出了轮对临界脱轨的两个准则，一个为假设轮轨间出现摩擦滑动的经典脱轨表达式，另一个为考虑轮轨间蠕滑力效应的近似解析表达式。实例计算表明，经典方法的计算结果比近似解析方法保守，采用本文提出的解析表达式进行脱轨的判断更为合理。通过计算还得知，减小轮轨摩擦系数。