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.

三模块铰接式有轨电车转向架动力学性能研究

本文针对目前城市轨道交通领域重点关注的三模块铰接式有轨电车转向架总体方案进行了设计,首先通过参考现有铰接式车辆的结构,确定了转向架系统的组成并对其关键部分进行了选型,之后建立了三模块铰接式有轨电车动力学模型,在SIMPACK中仿真得到了不同运行工况下车辆的动力学性能指标。研究结果表明,该三模块铰接式转向架具有良好的直线运行稳定性、平稳性和曲线通过性能,均满足相关标准的要求,研究结果有望对三模块铰接式有轨电车的转向架设计提供一定的思路。

车轮多边形激励下高速转向架构架振动特性分析

车轮多边形通过轮轨接触产生高频激励,会加剧高速转向架的振动、恶化结构部件振动环境,显著影响高速车辆的动力学性能和疲劳寿命。建立了考虑柔性轮对与构架的高速车辆刚柔耦合动力学模型,并开展台架试验验证,通过仿真探究前后轮对多边形相位差、多边形激扰频率与波深对构架振动特性的影响。结果表明:双轮对车轮多边形激励下的构架振动响应大于单轮对激励,但在激励引起构架结构模态共振时二者之间的差距会减小;前后轮对多边形的相位差会引起构架振动的相位差,但对振幅大小无明显影响;在同一激扰频率下,多边形波深越大,构架的振动越大。本研究可为多边形产生和传播机理及抑制措施提供参考。

高速列车抗侧风倾覆稳定性研究

根据侧风作用下车辆在曲线上的受力情况,建立了倾覆稳定性分析模型。以国内某型动车组为例,计算了有关工况下的气动力与临界倾覆风速,并分析了抗侧滚扭杆刚度与横向止挡刚度对车辆倾覆稳定性的影响。计算结果表明,采用主动抗侧滚扭杆装置使车体向迎风侧倾摆一定角度可以改善侧风作用下车辆的倾覆稳定性。

质量车运动过程的动力学及偏航性能分析

针对质量车的运动特性,基于多体动力学理论对质量车进行了动力学建模,载荷考虑了轮胎的非线性特性,对比分析了不同工况下的质量车动力学指标与偏航特性。结果表明,在运动过程中,质量车的垂向位移变化较小;纵向速度呈线性增加,纵向加速度与纵向载荷特性曲线相对应;前轮的垂向载荷显著大于后轮,左轮略大于右轮。此外,当质量车以相同末速度运行时,车体的最大横移量与最大点头角加速度随着质量车的配重增大而减小,而最大点头角速度趋势相反。本文研究成果能对质量车的设计及动力学分析提供一定的参考。