基于Android手机的Sperling平稳性测量仪

列车平稳性是列车运行品质的一个重要评价指标,Sperling指标在国内被广泛应用于列车运行品质评价。在实践中,各类列车Sperling平稳性测量仪平台功能的实现一般都需要笔记本电脑、传感器设备、软件运行平台、各类数据线和电源线。针对此类仪器不够便携的问题,提出利用Android手机内置的各类传感器,开发基于Android系统的智能手机平台平稳性时域指标测量仪,能够实现当前环境下各向加速度数据动态曲线显示、GPS位置信息显示、当前速度信息显示、横向和垂向Sperling指标测算、数据根据用户需求"随记随停"等功能,并通过对比实验对程序进行测试。实验结果显示测量仪横向误差1.4%,垂向误差10.1%,具有较高的可靠性和实用性,可实现铁路车辆平稳性测量简易化、普及化、便携化。

基于Sperling指标的消防灭火机器人运行品质判定

消防灭火机器人的作战环境恶劣,常经受各种巨大的冲击载荷,其运行品质因而变得非常不可预测。这也将直接影响灭火作战的正常进行,导致不可预料的危险,而机器人振动情况反映的运行品质将表征机器人的生命周期和运行状况。通过分析影响机器人运行品质最严重的位移三阶导数与振动动能,进而引出Sperling指标,用以表征机器人振动情况。同时,搭设机器人振动实验平台,采集机器人振动加速度信号,通过傅里叶变化和小波滤波等方式,分析和处理加速度信号,通过分频道式累加算法,得到机器人的Sperling指标。在实验基础上,提出一套完备的消防排烟机器人运行品质分级方法,用以判定其是否适合继续服役。

列车运行平稳性评估及Sperling公式运用过程中的问题梳理

随着国家对各城市地铁线路运营安全评估提出更高要求,如何评价计算各种标准和规范中涉及的公式指标,成为运营单位和地铁工作者关心的一个问题。本文针对列车运行平稳性评估,介绍了用频谱和功率谱计算Sperling公式的两种方法。特别针对由功率谱计算频谱给出了公式推导,对单边谱和双边谱换算上存在的误区,给出了说明。在通过现场数据比较两种计算方法后,给出了程序编制和使用过程中的一些建议。

考虑弹性振动的城市轨道车辆频变吸振器减振方法

车体轻量化设计是城市轨道车辆技术发展趋势,然而轻量化后的车体可能会引起车辆的弹性振动加剧,导致运行过程中车辆平稳性和乘坐舒适性下降问题。为了有效抑制城市轨道车辆弹性车体的垂向振动、提高车辆乘坐舒适性,利用变刚度机构的系统频率呈非线性变化的特点,建立包含频变吸振器的城市轨道车辆弹性车体垂向动力学模型,提出利用频变吸振器抑制弹性车体垂向振动的减振方法,分析不同速度、不同位置安装频变吸振器的减振效果,指明频变吸振器的优点。通过对比频变吸振器与传统被动式吸振器的减振效果,对频变吸振器抑制车体振动进行评价。结果表明:频变吸振器在不同速度、不同位置均能有效抑制车辆刚性与弹性振动;频变吸振器的优点在于一定程度上能够拓宽被动式吸振器的减振频带,提升吸振器在复杂工况下的减振能力。该工作为利用频变吸振器在城市轨道车辆上的应用提供了参考依据。

轨道车辆运行平稳性评价算法一致性分析

国内外轨道车辆运行时振动相关舒适性评价基于ISO2631-1、UIC513以及GB/T 5599标准,其中我国广泛采用的GB/T 5599-2019规范中的Sperling指标算法,将采样时间由1985版本的18~20 s缩短为与UIC513标准相同的5 s,引起相同测试数据的平稳性指标结果增大的问题。分析上述三种运行平稳性及舒适性指标算法,通过车辆线路实测数据与仿真数据相结合,研究不同算法关于采样时间长度的指标一致性及其机理,采用频率分辨率量化了非平方加权谱由于时频能量转换不对应导致的指标结果不稳定现象,基于此提出相应的平稳性指标一致性修正算法。结果表明:ISO2631-1与UIC513标准算法基于振动数据时频域转换的能量对应性,其计算结果与采样时间长度不相关,而GB/T 5599中采用的频域立方值算法因不满足能量一致性原则,在栅栏效应和能量泄露的影响下,缩短采样时间使得加速度频谱幅值增大,进而引起运行平稳性指标增大。提出的基于统一频率分辨率的平稳性指标一致性修正算法,并经动力学仿真数据验证有效,这为完善轨道车辆动力学分析与测试中振动舒适性的相关算法与评估限值制定提供理论依据。

大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置对列车走行性影响的研究

梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要组成部分,是容易受损的构件之一,对高速车辆的走行性影响较大。本文针对大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置,建立结构动力分析的有限元模型,通过多工况车-桥(线)耦合振动计算,分析梁端伸缩装置自身变形、安装误差及梁端折角等因素对列车走行性的影响,提出车辆平稳性和乘客对车辆振动感觉的评判标准,并进一步基于车辆的平稳性和乘客对车辆振动的感觉确定车速及梁端竖向折角限值。研究表明,车辆响应对梁端竖向折角较为敏感。

基于SIMPACK软件的某型城市轨道交通车辆运行安全仿真及平稳性研究

利用多体动力学软件SIMPACK对国内某型城市轨道交通车辆进行整体建模,分析车辆以不同速度过弯道时的脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数等3个安全性指标。仿真结果表明,随着运行速度的增大,3个安全性指标均相应增大且过弯道时变化更加明显。通过在车体安装加速度传感器获取车辆实际运行过程中垂向和横向振动响应,运用Sperling指标对车辆平稳性进行评定,得出该型城市轨道交通车辆垂向和横向平稳性等级均为优。

悬挂式单轨车辆动力学及平稳性分析

从动力学方面对构建的悬挂式单轨车辆模型结构的正确性进行验证。采用A级路面公路谱模拟轨道梁振动,并用Sperling指标校核车辆在通过小曲率半径曲线时的车辆平稳性。同时分析了一些部件对车辆振动的贡献。可供车辆部件选型参考。

列车运行安全性、平稳性的控制因素及评估准则

既有线的提速及高速铁路的修建 ,标志着我国铁路迈上了一个新的台阶 ,同时 ,列车运行的安全性和稳定性问题也愈显突出。高速、安全和舒适是高速铁路运输得以实现的三大要素 ,本文从动力学角度 ,通过不同的参数 ,分析了目前国内外列车运行安全性和平稳性的标准 ,探讨了列车脱轨、倾覆的不安全因素和旅客乘坐舒适性的各项指标 。

全速度区间内车体多重被动式吸振器减振方法

为了降低轨道车辆车体垂向振动,建立包含多重被动式吸振器的轨道车辆垂向振动模型,讨论一重被动式吸振器对轨道车辆车体的减振效果,指出一重被动式吸振器的局限性,进一步提出多重被动式吸振器的优化算法,明确多重动力吸振器的重数和目标频率的选取,从而提出适用于城市轨道车辆在全速度区间内车体多重被动式吸振器的减振方法,最后分析多重被动式吸振器能够实现全速度减振的原因,并验证该方法的有效性。研究结果表明:多重被动式吸振器能够实现全速度减振的关键在于吸振器重数和目标频率的选取,其中,吸振器重数要选取三重以上;目标频率的选取要包含最小峰值频率和最大峰值频率,并兼顾典型频率,使其发挥共同协调作用。多重被动式吸振器在全速度区间内都能减振的原因是多个固有频率不同的动力吸振器能够针对不同振动频率点进行减振,从而拓宽了动力吸振器的吸振频带。

基于平稳性的旅游轨道线路平面参数研究

从Sperling模型对铁路线路运行平稳性评价方法的设计理念出发,以陕西省旅游轨道线路设计要求为对象,考虑在陕西省范围内建设旅游轨道线路时,平面参数设计对列车平稳性的影响,通过建立平面曲线半径、运行速度和振动频率3个变量与列车运行平稳性之间的函数关系,分析计算了在线路设计速度80 km/h和100 km/h条件下旅游轨道交通平面设计参数的平稳性指标值,提出了符合运行平稳性标准要求的曲线半径推荐值,为陕西省旅游轨道平面线路设计规范提供依据。

高速列车座椅乘坐舒适性影响分析

建立了某高速列车动力学模型,考虑座椅的垂向安装刚度和阻尼,计算分析了高速列车上座椅的舒适性.以德国低干扰谱为激励,对不同速度下运行的高速列车进行了动力学仿真计算,得到了乘坐座椅的振动加速度,并计算了座椅的舒适性指标,分析了座椅垂向安装刚度、垂向安装阻尼、列车运行速度、乘坐位置对舒适性的影响.通过计算高速列车座椅的Sperling指标,可以得出当运行速度为350 km/h、座椅安装刚度取90 kN/m、安装阻尼取7 kN·s/m时,座椅的乘坐舒适性最佳,且中间排的座椅在任何参数匹配下均为该高速列车最佳乘坐位置.

轨道车辆车体半主动式磁流变吸振器的减振特性研究

以降低城市轨道交通车辆车体的垂向振动、提高乘客舒适度为目的,根据磁流变弹性体材料刚度可调、固有频率可变的特点,建立了包含磁流变弹性体的半主动吸振器的车轨垂向振动模型,提出了适用于城轨车辆的利用磁流变弹性体的动力吸振器设计方法。针对城市轨道车辆的客流量及车速变化频繁的特点,利用多元回归分析法拟合了半主动式磁流变吸振器的最佳设计频率表达式,研究刚度优化后的半主动式磁流变吸振器对车体垂向减振特性,并进一步指出了磁流变吸振器的优点。结果表明:在磁流变吸振器的有效工作频段内,半主动式磁流变吸振器在车体的各振动频率点的吸振能力都优于被动式吸振器,其宽频减振优势明显;经过最佳设计频率表达式修正的磁流变吸振器可与车体始终处于谐振状态,使车辆的运行品质时刻保持在优级。该项工作为利用磁流变弹性体的轨道车辆车体半主动式吸振器的应用提供了参考依据。

城轨车辆车体多重动力吸振器减振方法研究

为了让动力吸振器在降低轨道车辆车体振动的同时能够更好的适应车下剩余空间,根据多重动力吸振器原理,针对城轨车辆运行的特点,建立了包含多重动力吸振器的轨道车辆垂向振动模型,提出了适用于城市轨道车辆车体多重动力吸振器的设计方法。①讨论了载客量和速度变化对多重动力吸振器的减振性能的影响,指出了传统多重动力吸振器的局限性;②针对轨道车辆振动频率变化频繁的特点,提出了多重动力吸振器的目标频率的优化方法,从而避免了增振的情况出现;③以四条典型城市轨道线路为算例,利用DVA减振指标进行评价,分别获得了不同线路的车体多重动力吸振器的最优目标频率,并验证了该优化方法的有效性。研究结果表明:相同附加质量下,多重动力吸振器对车体的吸振能力要优于单个动力吸振器,考虑到实际的应用,在车体安装四重动力吸振器是较为适宜的选择;经过优化的多重动力吸振器在整个速度区间都能起到很好的减振效果,能够有效避免增振现象的发生;多重动力吸振器的目标频率的设计要针对不同的线路进行调整,特定线路需要特定设计才能发挥出最佳减振能力。该研究的工作为车体多重动力吸振器的研究和应用提供了参考依据。

基于平稳性的旅游轨道线路平面参数研究

本文从Sperling模型对铁路线路运行平稳性评价方法的设计理念出发，以陕西省旅游轨道线路设计要求为对象，考虑在陕西省范围内建设旅游轨道线路时，平面参数设计对列车平稳性的影响，通过建立平面曲线半径、运行速度和振动频率三个变量与列车运行平稳性之间的函数关系，分析计算了在线路设计速度80km／h和100km／h条件下旅游轨道交通平面设计参数的平稳性指标值，提出了符合运行平稳性标准要求的曲线半径推荐值，为陕西省旅游轨道平面线路设计规范提供依据。

考虑车体弹性的轨道车辆多吸振器减振方法

针对轨道车辆车体各位置振动情况差异明显特点,以及刚性频段、弹性频段的减振存在宽频减振需求,建立了含多吸振器的弹性车体模型,提出了评价轨道车辆多吸振器减振指标。探讨了单吸振器在抑制车体垂向振动时存在的局限性,提出了基于轨道车辆弹性车体模型的多吸振器设计步骤,形成了能够同时抑制弹性振动与刚性振动的多吸振器设计方法,明确了多吸振器的优越性,并利用Sperling平稳性指标对多吸振器减振效果进行验证。结果表明:综合多频段、全车长的轨道车辆多吸振器减振指标能够有效地评价车体吸振器的减振效果;相比单吸振器,多吸振器能同时兼顾刚性频段和弹性频段,而且分散质量分布,对车下空闲体积要求更小,具有更好的优越性。该工作对抑制城市轨道车辆的垂向振动、提高车辆乘坐舒适性有一定参考价值。

城市轨道车辆负刚度非线性吸振器减振方法

为减小城市轨道车辆垂向振动、提高乘客舒适性,利用负刚度机构的系统刚度呈非线性变化的特点,建立包含负刚度吸振器的城市轨道车辆垂向动力学模型,提出适用于城市轨道车辆的基于负刚度非线性吸振器的减振方法。针对城市轨道车辆车速以及载客量变化频繁的特点,研究负刚度非线性吸振器在不同工况下的减振效应。考虑车体端部的点头振动,揭示负刚度非线性吸振器可以对车体端部的合振动进行有效地抑制。通过负刚度非线性吸振器与传统被动式吸振器的减振效果对比分析,对负刚度非线性吸振器的减振机理进行探讨,最后验证了负刚度非线性吸振器减振能力。结果表明:负刚度非线性吸振器可以抑制不同工况下的车体垂向振动;不同速度下,安装负刚度非线性吸振器的车辆垂向减振效果优于传统被动式吸振器;负刚度非线性吸振器可以在较宽的振动频段上实现车体不同位置处的垂向振动抑制,有关结论可为负刚度非线性吸振器在城市轨道车辆上的进一步应用提供参考依据。

空气弹簧对车辆运行平稳性的影响分析

考虑到列车空气弹簧具有良好的弹性性能,建立含有Nishimura空气弹簧的车辆垂向振动改进模型,应用虚拟激励法计算仿真车辆的垂向振动响应。采用Sperling指标作为车辆平稳性的评价标准,分析不同空气弹簧参数、车体质量、车速对于车辆系统平稳性的影响。结果表明:空气弹簧参数在较低频段内对车体垂向加速度功率谱密度的影响比较明显。附加气室容积和节流孔直径与对应的Sperling平稳性指标呈负相关;空气弹簧有效面积与对应的Sperling平稳性指标呈正相关;随着本体容积的增大,对应的Sperling平稳性指标呈先增大后减小的趋势。不同的车体质量、车速不会改变空气弹簧参数对于Sperling指标的影响规律。

高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统的车辆平稳性研究

研究了高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统的动力响应问题。运用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了高速列车—无碴轨道—桥梁耦合系统的垂向动力学模型。采用Newmark-β数值方法对系统的运动方程组进行求解,得到整个系统的振动响应。从运行平稳性角度出发,讨论了列车悬挂参数对指标的影响。结果表明:一系和二系悬挂参数的变化对列车运行平稳性均有较大影响,一系和二系悬挂刚度值变化的影响最为明显。

基于Sobol’法的轨道车辆平稳性的全局灵敏度分析

建立经典轨道车辆垂向多刚体模型,推导出模型的振动微分方程组,并采用虚拟激励法和三角级数反演理论求解轨道车辆Sperling平稳性指标。基于Sobol序列对模型11个参数进行随机采样,运用Sobol’法实现对Sperling指标的全局灵敏度分析,得到各个参数对车辆平稳性指标的一阶灵敏度及总灵敏度。最后选取车体质量和一系悬挂刚度2个参数进行优化分析。研究结果表明:平稳性指标随着速度的提高而增大,但影响平稳性的主要因素受速度改变的影响较小;车体质量、转向架质量、二系悬挂刚度和车辆定距之半对车辆平稳性影响较大;车体质量和二系悬挂阻尼与其他参数交互作用明显;提高车体质量和降低一系悬挂刚度能有效地提高平稳性。