活塞杆贯通式抗蛇行减振器在铁道车辆上的适应性研究

活塞杆贯通式抗蛇行减振器因活塞杆在活塞上下工作腔所占的截面积相等,且活塞上拉伸阻尼阀、压缩阻尼阀参数一致,因此在拉伸和压缩行程中工作腔内的油液通过阻尼阀的流量相等,从而产生相等的阻尼力,使之具有高度对称的动、静态性能,可以弥补双油路抗蛇行减振器静态性能对称性差、单油路抗蛇行减振器动态性能对称性差的不足。首先,基于活塞杆贯通式、双油路和单油路抗蛇行减振器的工作原理和结构参数,建立3种抗蛇行减振器的数值仿真模型;然后,通过减振器性能试验对模型进行验证,对比研究3种抗蛇行减振器仿真下的动、静态性能对称性;最后,利用Simulink将车辆模型和抗蛇行减振器模型进行动力学联合仿真,对比研究小锥度曲线工况下安装活塞杆贯通式和双油路抗蛇行减振器的铁道车辆的曲线稳定性以及大锥度直线工况下安装活塞杆贯通式和单油路抗蛇行减振器的铁道车辆的直线稳定性。研究结果表明:活塞杆贯通式抗蛇行减振器动、静态性能对称性都优异,且都好于双油路和单油路抗蛇行减振器;小锥度曲线工况下,相比于双油路抗蛇行减振器,安装活塞杆贯通式抗蛇行减振器可以提高车辆的非线性临界速度,进一步抑制转向架1.2 Hz左右的摇头振动,提高车辆的曲线稳定性;大锥度直线工况下,相比于单油路抗蛇行减振器,安装活塞杆贯通式抗蛇行减振器可以提高车辆的非线性临界速度,进一步显著抑制转向架8 Hz以下的摇头振动,提高车辆的直线稳定性。研究结果为活塞杆贯通式抗蛇行减振器在铁道车辆上的适应性优势提供理论依据。

抗蛇行旋转减振器在地铁车辆上的应用研究

为了进一步提高现有中速地铁车辆的稳定性和节省低地板车辆的空间,解决由于结构剩余空间不足及车辆限界限制导致无法加装抗蛇行减振器的问题,提出一种适用于铁道车辆的抗蛇行旋转减振器。将传统旋转减振器隔板上的滑阀式阻尼阀系更改为成本低廉的阀片式阻尼阀系,便于通过增加或减少阀片数量调节阻尼阀以适用于铁道车辆的节流特性。相比于传统的铁道车辆筒式液压减振器,旋转减振器具有结构可靠、散热性能更好、安装空间小、安装灵活等优势。建立旋转减振器的数学模型,并与传统抗蛇行减振器的试验结果进行对比,验证旋转减振器模型的准确性;建立旋转减振器与地铁车辆动力学联合仿真模型,分析旋转减振器对车辆系统动力学性能的影响。仿真结果表明:旋转减振器能够代替抗蛇行减振器提供回转阻尼,使中速地铁车辆具有更好的稳定性和平稳性,同时满足曲线通过的要求。

抗蛇行减振器布置对动力车横向动力学性能影响及机理研究

为解释国内某同等级两种不同款动力集中动车组动力车实际运行中表现出的横向平稳性特征差异,针对该动力车分别采用四种抗蛇行减振器布置方式进行动力学仿真对比研究。通过Simpack软件建立整车动力学模型,分析抗蛇行减振器横向安装角对车体前后端横向平稳性及其差异的影响,利用模态分析法探究其对蛇行稳定性与车体横移摇头模态相位差影响。此外,引入抗蛇行减振器附加横向力与力矩相位角,以阐释布置方式对动力车横向平稳性影响机理。结果表明:对于抗蛇行减振器开口向内布置,减小横向安装角对动力车横向动力学性能有利;开口向外布置时,适当的横向安装角有利于改善横向平稳性和蛇行稳定性,明显减小甚至消除车体前后端横向平稳性差异;斜对称和反斜对称布置时,横向安装角对动力车横向动力学性能影响较小,但易形成较大的车体前后端平稳性差异。建议该B0-B0型动力车采用抗蛇行减振器开口向外布置,且横向安装角的选取范围为3°~5°。

基于一维残差卷积注意力的高速列车抗蛇行减振器故障诊断

针对高速列车减振器故障特征手工提取困难导致故障识别困难的难题,提出了基于一维残差卷积注意力(1DRCA)的故障诊断算法,对高速列车中抗蛇行减振器4种状态进行识别。首先,构建卷积层进行特征提取,利用卷积块注意力模块在通道和空间维度上进行自适应特征优化;然后,建立残差神经网络模型,利用残差信息调整权值参数;最后,通过试验证明了该方法对于抗蛇行减振器的4种状态的故障识别是可行的,可以准确地识别正常、启动不良、对称速率故障和锯齿波故障,所提出的方法的平均准确率达到99%左右。为了进一步证明所提出模型的泛化性,采用滚动轴承的故障数据来验证了所提出模型的有效性和准确性,结果表明所提的模型较好地实现滚动轴承不同故障状态的诊断。

高服役周期下抗蛇行减振器及其关键部件性能研究

通过对和谐号和复兴号平台用两款典型抗蛇行减振器进行线路和台架耦合耐久试验,模拟240万km高服役周期下减振器运用工况,进而研究减振器整体性能参数及其关键部件性能变化,为油压减振器修程修制优化的分析与研究提供参考。结果表明:试验的两款减振器在高服役周期情况下,阻尼力虽仍能保证在设计值范围内但已出现波形振动;减振器液压油及溢流阀、比例阀等关键部件不再符合性能要求,已达到使用寿命;活塞杆、压力缸等部件满足设计需求,可适当延长减振器检修周期,降低维护成本。

面向车辆运行平稳性的抗蛇行减振器结构参数优化

随着列车速度的提高,轮轨的耦合振动状态发生变化,从而对抗蛇行减振器的工作状态产生影响,对其设计提出了新的要求。通过对抗蛇行减振器结构和工作原理的分析,基于Simulink软件建立减振器液压数值模型,讨论抗蛇行减振器不同结构参数对其动态特性影响;将减振器液压数值模型与车辆动力学模型结合,组成联合仿真模型;通过联合仿真计算,优化抗蛇行减振器结构参数。结果表明抗蛇行减振器通流孔径、卸荷孔径分别对减振器的动态特性曲线工作段和卸荷段有较大影响;而活塞杆直径则影响减振器的拉伸、压缩特性;通过调整抗蛇行减振器的结构参数,车辆横向、垂向平稳性指标变化显著,合理选择抗蛇行减振器结构参数可以提高车辆运行的平稳性和安全性。

基于可变刚度抗蛇行减振器的车辆动力学性能研究

CRH3系列高速动车组在长期服役过程中偶有发生蛇行运动稳定性裕量不足的问题,车辆装配T60型抗蛇行减振器,在车轮磨耗末期易发生构架横向加速度报警问题,装配T70型抗蛇行减振器,则在新轮或车轮磨耗初期易发生“晃车”的问题。针对晃车和报警问题开展可变刚度抗蛇行减振器的仿真与试验研究,以满足车辆在不同轮轨接触状态下车辆的蛇行运动稳定性需求。动力学仿真表明,可变刚度抗蛇行减振器能有效兼顾解决“晃车”和“报警”问题;进一步分析可变刚度抗蛇行减振器与两种高速踏面的适应性,采用S1002CN踏面时车辆临界速度高于350 km/h,而采用LMB10踏面时仅为220 km/h,且S1002CN踏面对应的平稳性和舒适度指标都优于LMB10踏面。最后通过整车滚振台架试验对变刚度抗蛇行减振器性能进行了试验验证,结果表明该减振器可以兼顾轮轨低锥度和高锥度匹配状态,可使车辆均具有良好的动力学性能。

基于全因子DOE的机车抗蛇行减振器布置方式及参数优化

针对国内某型160 km/h高速机车,归纳出4种典型的抗蛇行减振器布置方式,并通过SIMPACK建立机车动力学模型。以提高机车横向平稳性和蛇行稳定性为目标,采用基于全因子DOE方法对抗蛇行减振器阻尼、关节刚度和横向安装角进行优化,并利用Pearson相关性系数分析法研究抗蛇行减振器参数对机车横向动力学性能影响规律。研究结果表明:布置方式对机车横向动力学性能具有显著影响,当采用开口向外布置方式时,机车可实现较优的横向平稳性且可以通过调整横向安装角来消除前后司机室横向平稳性差异。此外,减小抗蛇行减振器阻尼和关节刚度有利于改善机车横向平稳性和蛇行稳定性,与布置方式无关;但横向安装角对横向动力学性能的影响受到布置方式的影响。

基于PELCD样本熵的抗蛇行减振器故障诊断

长期高速运行的服役状态会造成列车转向架关键部件性能蜕化甚至故障等情况,导致的安全事件将造成严重的经济损失甚至人员伤亡。文章针对列车振动信号非线性、非平稳的特点,以部分集成局部特征尺度分解(PELCD)方法对高速列车抗蛇行减振器失效的故障振动信号进行分解,并且对相关性较强的前6个分量进行样本熵特征提取,将互补集合经验模态分解(CEEMD)方法与样本熵结合的结果进行对比,最后将CEEMD样本熵与PELCD样本熵两种方法下所得到的特征向量作为支持向量机的样本进行故障训练与故障预测。对比二者的结果表明PELCD与样本熵的结合能够有效地识别出列车的故障类别。

高速列车抗蛇行减振器动态模型及特性研究

针对高速列车油液单向流动式抗蛇行减振器,考虑其节点和油液刚度、活塞质量、流量泄漏等问题,采用静态试验获得阻尼阀卸荷特性,根据油液的压力流量方程建立减振器非线性动态模型,通过数值仿真和试验比较了减振器在不同激扰幅值和频率下的阻尼力、动态刚度和动态阻尼,误差均在5%以内;研究了减振器静态阻尼力-速度曲线与动态刚度、动态阻尼之间的关系。实验结果表明:减振器静态阻尼曲线在卸荷点之前的非线性对动态参数影响显著,激励幅值越小影响越大;保持卸荷点前后阻尼不变,增大卸荷速度能提高大激扰幅值和高激扰频率下的动态刚度和动态阻尼;固定卸荷速度、增大卸荷力,动态刚度和动态阻尼均增大。

抗蛇行减振器低温动态特性对车辆动力学性能的影响

为研究抗蛇行减振器在低温环境的动态特性及其对车辆动力学性能的影响,对某速度140 km/h地铁车辆的抗蛇行减振器进行了低温环境(-40~20℃)下的带橡胶节点动态特性试验,综合考虑了串联系统的动态响应。试验结果表明:在20~-35℃时,抗蛇行减振器的阻尼力随着温度的降低明显增加,减振器的动态刚度和动态阻尼系数也随之不断增大;在-40℃时产生空行程,在小幅值时阻尼力骤降,出现“无力”现象,动态刚度和动态阻尼急剧下降,说明减振器已处于异常状态,减振耗能的能力大幅降低。在此基础上建立低温环境下的车辆动力学模型,分析抗蛇行减振器低温动态特性对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明,随着温度的降低,车辆的蛇行稳定性和横向平稳性变好,曲线通过能力变差。当温度降低至-40℃时,“无力”现象出现,导致车辆的非线性临界速度大幅下降,横向平稳性指标急剧上升,抗蛇行减振器几乎处于失效状态,对车辆的稳定性和横向平稳性造成极大影响,而曲线通过能力变好,安全性指标有所回升。

基于卷积神经网络的高速列车抗蛇行减振器故障诊断

由于抗蛇行减振器在服役过程中发生故障会严重威胁到列车的运行安全,提出一种基于卷积神经网络的抗蛇行减振器故障诊断方法。采集的阻尼力信号通过短时傅里叶变换得到时频图谱,并将其划分为训练集和测试集;然后将训练集输入卷积神经网络模型中,进行训练样本信号的特征提取工作,通过前向传播和反向传播方式得到卷积神经网络的具体模型,并通过多次迭代更新网络参数;最后,将训练好的模型用于测试集,获得蛇行减振器故障诊断的准确率。为了验证模型的有效性,选用正常状态、启动不良和锯齿波故障数据作为实验验证,结果表明:该方法不仅避免了传统诊断方法需要人工提取特征带来的问题,且具有较好的诊断效果。

高速列车主动抗蛇行减振器的模型预测控制

为提升高速列车的线路运行适应性,设计基于抗蛇行减振器的模型预测控制(MPC)方法,实现基于减振器阻尼值实时调节的车辆蛇行运动稳定性控制。建立考虑线性轮轨接触关系的整车横向7自由度简化动力学模型;减振器考虑为理想Maxwell模型,但阻尼系数实时可调;基于模型预测控制理论设计主动抗蛇行减振器,建立目标函数及约束条件,求解最优阻尼系数;仿真分析主动控制条件的蛇行运动稳定性和运行平稳性以及目标函数对控制效果的影响。结果表明:与被动悬挂相比,采用MPC主动抗蛇行减振器能够有效抑制车辆的蛇行运动,使车辆的临界速度提升30%以上。

抗蛇行减振器故障对动车组平稳性的影响分析

以CRH380B型动车组抗蛇行减振器为例,结合动车组检修中常见故障,利用车辆动力学理论分析论证抗蛇行减振器在动车组运行中的作用及故障类型,进而研究车辆动力学。分析动车组抗蛇行减振器的最佳工况,以保障动车组运行平稳安全。

基于机器学习的高速列车抗蛇行减振器劣化状态识别方法研究

为识别高速列车抗蛇行减振器服役过程中的劣化状态,首先基于运用统计选取了5种典型的组合参数,通过台架试验获取其动态频变刚度和阻尼特性;然后采用抗蛇行减振器非参数化建模方法建立了整车动力学联合仿真模型,计算得到不同工况下的车辆动力学响应;构建了机器学习分类问题,分别采用支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的方法对减振器状态进行识别。研究结果表明,基于BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)的非参数化模型更为准确地描述抗蛇行减振器的动态行为,建立的整车联合仿真模型计算结果与实测数据符合较好;采用SVM算法构建的机器学习模型识别效果一般,而采用CNN算法构建的机器学习模型则达到较高的识别准确度。考虑实际运用需求,将机器学习问题简化为6分类问题,信号通道数精简为4个,CNN机器学习模型仍可实现较高精度的劣化状态识别。

抗蛇行减振器动态特性对车辆临界速度的影响研究

抗蛇行减振器的动态特性是影响车辆蛇行运动临界速度的关键因素。从试验出发分析了不同参数下抗蛇行减振器的动态特性,并基于某型地铁车辆转向架平台,研究了不同轮轨匹配关系下抗蛇行减振器动态特性对车辆蛇行稳定性的影响。结果表明,抗蛇行减振器的动态特性与加载频率和位移幅值相关。在滚振动试验台和试验采用的某型地铁车辆转向架平台下,动阻尼率对车辆的临界速度影响更明显,动阻尼率越大,对临界速度越有利。在抗蛇行减振器选型时,更应该关注其在实际工作状态下的动态刚度和动阻尼率。

机车抗蛇行减振器座疲劳寿命研究

文章以安装在底架边梁上、与底架边梁垂向和横向均形成长悬臂结构的机车抗蛇行减振器座为研究对象,根据EN 12663-1:2010、ERRI B12/RP17提供的疲劳强度分析方法,分别对板梁拼焊式和整体锻件式两种抗蛇行减振器座进行了疲劳强度仿真计算,并结合抗蛇行减振器座的实际运用情况和EN 13749:2011标准中转向架疲劳试验的相关测试要求,设计了抗蛇行减振器座疲劳试验。仿真计算和试验结果表明:两种抗蛇行减振器座的疲劳寿命均可满足无限寿命要求。

某时速160 km速度等级米轨动车组抗蛇行减振器座优化

以某时速160 km速度等级米轨动车组的抗蛇行减振器座为研究对象,在传统焊接的抗蛇行减振器座基础上进行优化,实现抗蛇行减振器座与车体之间的螺栓连接,避免因受力过大导致焊缝开裂的风险。对优化后的抗蛇行减振器座进行了静强度和疲劳强度仿真计算,经验证,其性能满足要求。

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.

抗蛇行减振器安装刚度对弹性构架车辆动力学性能影响

基于减振器简化等效模型分析了某动车组车辆系统动力学性能随抗蛇行减振器安装刚度不同的变化情况,并且比较了考虑构架结构弹性振动对这种变化的影响。结果表明,抗蛇行减振器安装刚度对车辆系统动力学性能具有一定影响,尤其是当车辆运行速度达到250 km/h时影响较大;此外,构架的弹性振动也影响着抗蛇行减振器安装刚度的选择。