转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型及分析

应用系统工程的方法,将座椅系统与传统轨道客车系统作为一个整体大系统加以考察,建立轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并推导模型的振动微分方程;根据转向架-车体-座椅耦合系统垂向振动微分方程组,通过变量变换,给出轨道客车转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型的数值分析方法。通过与传统轨道客车垂向动力学模型得到的垂向随机响应进行对比,验证轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型的正确性,该研究为轨道客车的振动特性分析及车辆悬挂系统参数和座椅悬置系统参数的优化设计提供了模型参考。

基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化

针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标,建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知,优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%,表明所建立的优化设计方法是正确的.

基于准零刚度隔振器的车-座椅-人耦合模型动态特性研究

准零刚度隔振器能克服线性被动隔振器中存在的降低固有频率与提高承载力之间的矛盾,将准零刚度隔振器运用到汽车座椅的隔振中,建立了考虑准零刚度隔振器的8自由度车-座椅-人耦合动力学模型,采用数值法分析了此耦合动力学模型在受到路面冲击激励及随机激励下的动态特性。结果表明,当采用准零刚度隔振器作为汽车座椅悬架时,整车乘坐舒适性得到有效改善,汽车悬架行程及座椅行程在允许的行程取值范围内。研究内容对将准零刚度隔振器设计成汽车座椅悬架具有理论指导意义。

基于有限元-多刚体耦合方法的儿童座椅结构改进

对某反向安装儿童安全座椅的结构进行了改进设计。采用有限元-多刚体耦合的方法,依据欧洲经济委员会(ECE)的法规R44的要求,建立了改进前后的儿童安全座椅正面碰撞台车试验模型,并进行了模型验证。完成了改进后的儿童安全座椅结构正面台车碰撞实验。仿真结果表明:座椅改进后的儿童假人头部综合加速度峰值约降低15 g;胸部综合加速度超过55 g的时间缩短为2 ms;胸部垂向加速度超过30 g的时间约为2.4 ms。台车试验结果与仿真结果一致,胸部综合加速度超过55 g的时间缩短为1.7 ms;胸部垂向加速度超过30 g的时间约为2.85 ms,且台车实验中座椅结构未产生明显破坏。

高速列车转向架-车体-座椅垂向耦合振动机理及悬挂参数联合优化

针对高速列车中的垂向悬挂系统参数匹配问题,应用系统工程方法,将列车转向架系统、车体及座椅系统纳入一个统一的整体大系统,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并探讨各系统间的相互耦合作用关系;在此基础上,以人体振动舒适性最佳为目标,对轨道随机不平顺激励下的高速列车垂向悬挂系统进行多目标、多参数优化,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法。分析比较优化后的结果可知,悬挂系统参数优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,不同位置处的座椅垂向振动加权加速度方均根值降低了18.52%以上,表明所建立的高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法是可行的。该研究为高速列车垂向悬挂系统参数的选取提供了有效借鉴。

考虑车体刚柔耦合振动的高速铁路轨道不平顺敏感波长研究

随着高速列车的轻量化设计,列车在运行过程中车体的柔性振动也越来越显著,当特定波长的轨道几何不平顺激励频率与车辆系统固有振动频率相近时,将会引起车辆系统与不平顺激励发生共振,从而影响列车运行安全与乘坐舒适度。为研究高速铁路轨道几何不平顺敏感波长,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑柔性车体的高速列车-轨道耦合动力学模型,系统研究不同类型轨道不平顺波长变化对高速列车动力学性能的影响。在此基础上,分析不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围。结果表明,车体柔性振动对高速铁路轨道几何不平顺敏感波长影响显著;不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围均有所不同;高速铁路轨道几何不平顺敏感波长存在三个显著波段,其中3~10 m的短波敏感波长主要与车体柔性模态相关,10~60 m的中波敏感波长主要与构架刚体模态相关,而60~140 m的长波敏感波长主要与车体刚体模态有关。

高速铁路路基沉降对车体振动影响研究

某开通时间较短的高速铁路线路受连续降雨影响,路基沉降快速发展,导致部分区段轨道结构发生变形,使轨道不平顺幅值明显增加,引起车体振动加剧,对列车运行的安全性和稳定性造成影响。为了研究路基沉降引起的轨道不平顺对车体振动的影响,选取典型路基沉降区段连续4次动态检测数据进行时频特征分析,结合建立的车辆-有砟轨道空间耦合动力学仿真模型,研究路基沉降区段轨道不平顺和车体振动加速度之间的映射关系,获得了路基沉降不平顺波长和状态演变对车辆动力响应的影响规律。研究结果表明:降雨导致的路基沉降对高低不平顺和车体垂向加速度的影响显著,对轨向不平顺和车体横向加速度的影响较小;路基沉降区段的高低不平顺与车体垂向加速度幅值变化趋势和振动频率基本相同,42~70 m波长高低不平顺的幅值增加是造成车体垂向振动加剧的主要原因;依据仿真结果,路基沉降引起的高低不平顺幅值急剧增加会造成行车过程中局部轮轨垂向力显著减小,导致轮重减载率显著增加;对于速度等级250 km/h的线路,建议雨后重点盯控路基沉降点长波高低不平顺的变化,针对车体垂向振动加速度不良区段的养护维修作业,应着重调整42~70 m波长高低不平顺幅值,以保障车辆安全稳定运营。

智能儿童安全座椅的结构与安全性研究

为了降低儿童安全座椅误用率,通过集成控制系统、电动调节机构和手机APP,对一款传统儿童安全座椅进行智能化设计,使其可根据儿童身高智能调节,有效避免误用问题。建立了智能儿童安全座椅仿真模型,仿真结果表明,改进后儿童安全座椅对儿童假人保护效果优于改进前的儿童安全座椅,且满足法规要求。

儿童座椅中可迁移三价铬与六价铬的测定与评估

建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)测定儿童座椅中三价铬和六价铬迁移元素的方法。方法检出限为0.09~0.21μg/kg,加标回收率为88.5%~102.5%,相对标准偏差为2.8%~3.5%,方法满足EN71-3标准的检测要求,适合儿童座椅中可迁移三价铬和六价铬的测定。

汽车座椅振动舒适性主客观测试及关联性分析

汽车座椅的振动特性直接影响乘坐舒适性。为综合评估座椅的振动舒适性,本文对座椅客观舒适性与乘员主观舒适性之间的关联性进行研究和分析。首先,进行不同激励幅值下的垂向振动试验,测量从座椅地板到与人体接触面的振动传递来表征人-椅耦合系统的动态性能。然后,设计相对幅值估计法用于主观评价,并进行主客观关联性分析。最后,提出一种能够表征座椅隔振性能的参数。结果表明:(1)随着振动量级的增大,人-椅耦合系统的共振频率会向低频移动,垂直同轴与交叉轴振动传递在第1阶共振频率处具有较强的关联性;(2)主客观测试关联性较好(拟合精度为99.05%),验证了相对幅值估计法的有效性;(3)提出的座椅隔振性能参数与主观评价一致性较好,可为汽车座椅振动舒适性的优化改进提供理论依据。

垂向激励下聚氨酯泡沫对座椅振动特性的影响规律研究

开孔聚氨酯泡沫对人-椅耦合系统振动频响函数有重要影响,因而对于驾乘舒适性与人体脊柱损伤的深入研究有着重要意义。通过开展低频垂向激励(1 Hz^15 Hz,0.5 m∙s-2 rms)下12名中国青年男性受试人员的坐姿振动试验,分析座椅坐垫及靠背处的聚氨酯泡沫厚度对人-椅耦合系统的垂向同轴振动频响函数和前后正交轴振动频响函数的影响规律。研究发现,在其他物理参数确定的条件下,座椅坐垫处泡沫厚度(60 mm,90 mm,120 mm)的增加会导致坐垫和靠背处的垂直同轴座椅振动频响函数和前后正交轴座椅振动频响函数的共振频率(约4 Hz)显著降低;而座椅靠背处泡沫厚度的变化对于上述4组座椅频响函数不具有统计学意义上的显著影响。研究还发现,从座椅底板到坐垫处的垂直同轴和前后正交轴频响函数在第1阶共振频率处(约4 Hz)具有较强相关性。

横风下车辆-轨道耦合动力学性能

应用多体系统动力学理论,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,利用新型显式积分法求解动力学方程组,利用赫兹非线性弹性接触理论计算轮轨法向力,利用沈氏理论计算轮轨蠕滑力,编写了车辆-轨道耦合动力学计算程序,研究了轨道结构对高速列车动力学性能的影响,分析了不同横风环境下高速列车动力学性能和列车姿态。研究结果表明:当列车运行速度为350 km.h-1,横风速度为15 m.s-1时,车体最大横向加速度为0.45 m.s-2,车体最大垂向位移为24.5 mm,车体向背风侧横移80.0 mm,车体最大侧滚角为2.23°;一位轮对的最大轮重减载率接近0.80,二、四位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,二位轮对的横向位移最大,为7.4 mm。在横风下,高速列车的运行安全性指标变差,车体振动加速度变化不明显,车体向背风侧横移。在所有轮对中,二位轮对最危险。

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.

25t轴载外径向臂径向转向架动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析了25t轴载外径向臂径向转向架的结构特点和受力特性,建立了货车-轨道空间耦合动力学模型,并编制电算程序对外径向臂径向转向架和普通三大件转向架进行了车辆横向运动稳定性、直线运行和曲线通过性能仿真分析。分析发现:对普通三大件转向架加装外径向臂,可使转向架稳定性提高10%以上,轮轨磨耗降低40%以上,轮轨横向力降低20%以上。

减振轨道对地铁车辆动力学性能的影响研究

为研究地铁A型车辆在不同等级减振轨道上行车时的动力学特性,基于车辆-轨道耦合动力学理论,以深圳地铁某线路实际铺设的不同等级减振轨道为研究对象,建立考虑不同等级减振轨道的地铁A型车辆-轨道垂向耦合动力学模型,采用数值仿真的方法分析不同等级减振轨道下车辆-轨道耦合系统的动力学特性。结果表明:相对于铺设其他两种等级减振轨道,铺设高等和特殊减振轨道时车体的垂向振动加速度均方根值增幅超过30%,车体垂向Sperling平稳性指标增幅超过5%;钢轨垂向位移增加明显且钢轨垂向位移的标准差增加了约3倍。主要结论为:采用高等级减振轨道会一定程度恶化车辆动力学性能和乘客乘车环境,在实际选取不同等级减振轨道时应综合考虑地铁车辆的行车动力学性能。

新型货车径向转向架低动力性能与连接可靠性

为实现重载货车转向架轮轨低动力作用，根据中国铁路重载运输的实际情况和转K7型转向架的运用效果提出了一种新型货车径向转向架方案：对原整体副构架结构进行优化，采用了独立承载鞍，并由内外侧两铆钉连接承载鞍和副构架体。基于多体系统动力学方法，以中国C70EF型敞车为研究对象，利用SIMPACK软件建立车辆一轨道耦合动力学模型，计算了新型径向转向架轮轨动力性能，分析了副构架和承载鞍作用力的规律，并以此进行了副构架连接可靠性的有限元仿真计算和疲劳可靠性台架试验。分析结果表明：与转K7型转向架相比，新型径向转向架受到0．01rad的轨道低接头脉冲激扰时，可降低轮轨低频力约10．78％；受到AAR5动态线路激扰时，轮轨垂向力和横向力可分别降低约2．98％～4．03％、2．96％～9．77％，整车轮轨磨耗功率降低约5．03％～29．46％；承载鞍内侧铆钉受力明显大于外侧铆钉，内侧铆钉孔边缘应力最大值约为180．76MPa，铆钉剪切应力为58．13MPa，均小于相应材料的许用应力345、128MPa，具有足够的疲劳强度和运用可靠性。

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度评估方法研究

为评估超出铁路桥涵设计规范中规定跨度的桥梁的竖向刚度合理性,提出基于弦测法幅值与车体加速度关系和车-桥耦合振动分析的大跨度桥梁竖向刚度快速评估方法。首先基于弦测法确定控制弦长,分析设计车速下弦测法幅值与车体加速度关系,根据车体加速度限值相关规定确定弦测法幅值限值;再采用车-桥耦合振动分析得出列车通过大桥的车体响应并反算得到对应弦测法幅值,叠加各因素引起的桥面变形的弦测法幅值后与弦测法幅值限值对比,对桥梁竖向刚度进行评估。采用该评估方法对某时速200 km的(36+96+228+96+36)m大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度进行评估,结果表明:控制弦长为30 m时可较好反映时速200 km的铁路桥梁竖向变形与车体竖向加速度的对应关系;此条件下考虑升、降温引起的附加不平顺后,双线客车作用下弦测法幅值为7.6086 mm,满足日常保养标准;一线客车一线货车作用下,弦测法幅值为14.7426 mm,略高于计划维修标准但满足临时补修标准。

SS_(7E)型电力机车横向晃动问题的理论分析

基于系统工程思想,运用TTISIM动力学仿真软件,详细分析了机车在直线轨道上车体与构架横向振动位移,发现该机车在80 km／h和100-130 km/h速度范围之内存在较剧烈的横向振动现象。这与目前该机车在试运行过程中所发现的问题相一致。为有效地抑制机车横向异常晃动,在保持转向架结构不变的前提下,对机车悬挂参数进行了优化,并在此基础上提出了2套综合改进方案。

“天梭”号电力机车垂向动力作用分析

针对“天梭”号交流传动电力机车采用轮盘制动的转向架架承式悬挂方案簧下质量大的缺陷,运用机车车辆—轨道垂向动力作用仿真分析软件(VICT)进行了垂向动力作用分析,并与同等速度等级的既有机车垂向动力作用性能进行了对比分析,评估了该方案设计的合理性和可行性。

东部华侨城小火车动轮轮对过盈分析

介绍了东部华侨城小火车动轮转向架轮对的结构特点,对转向架轮对车轮与车轴之间的过盈配合进行理论计算及有限元分析,为后期的合理设计与优化提供了数据依据。