机理与数据混合驱动的抗蛇行减振器动态模型研究

为提升抗蛇行减振器动态模型的仿真精度,以某高速动车组抗蛇行减振器为对象,结合Maxwell机理模型和抗蛇行减振器动态台架试验数据构建一种机理与数据混合驱动的抗蛇行减振器动态模型,该混合动态模型与纯数据模型的训练结果表明,混合模型可以大幅提升模型的训练速度和收敛速度,且在相同训练条件下具有更高的仿真精度。混合动态模型的仿真结果与试验结果表明,混合动态模型仿真计算得到的示功图、动态刚度曲线、动态阻尼曲线均与试验结果吻合较好,可以准确描述出减振器在不同幅值和频率下的幅变特性和频变特性,能够有效提升抗蛇行减振器在动态工况下的仿真精度。

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。

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。

轴箱内置地铁车辆在小半径曲线上的运行稳定性研究

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立了采用内置轴箱的地铁车辆曲线轨道通过动力学模型;针对不同轴箱布置方式,对比分析了地铁车辆在曲线运行时的特性,并探讨了一系纵向刚度对轴箱内置地铁车辆运行稳定性的影响;进一步解决轴箱内置地铁车辆的曲线通过性和运行稳定性的矛盾,指出了安装抗蛇行减振器的必要性。研究结果表明:与轴箱外置地铁车辆相比,轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上具有较好的曲线通过能力,但运行稳定性较差;安装抗蛇行减振器并选取适当的一系纵向刚度,能够解决轴箱内置地铁车辆在曲线通过时容易失稳的问题。论文工作对于发展轴箱内置转向架技术、实现转向架轻量化具有重要的参考价值。

抗蛇行减振器服役退化特性对高速动车组动力学性能的影响

为研究抗蛇行减振器服役退化特性对高速动车组动力学的影响,文中分别测试了不同服役状态下的抗蛇行减振器的服役特性,并研究了该减振器在服役过程中性能退化演变规律;在SIMPACK软件中建立了高速动车组动力学模型,并基于实测退化数据分析对高速动车组动力学的影响。结果表明:不同服役周期下的抗蛇行减振器静态示功图基本无异样,服役后的减振器相比新造状态下的阻尼力均出现大幅度减小,退化率最高可达17.85%;对于动态特性而言,幅值1 mm工况下的抗蛇行减振器动刚度相比新造状态下的最高刚度下降22.06%,动态阻尼最高减小23.71%;抗蛇行减振器的性能退化对车辆稳定性影响显著,临界速度相对新造状态下的最大退化率约为12.33%。随着服役周期的增加,车辆横向平稳性及大半径曲线工况下的曲线安全性指标均有所变差,但小半径工况下曲线通过性略有改善。

基于精细复合多尺度散布熵的抗蛇行减振器故障诊断

抗蛇行减振器作为高速列车关键悬挂元件在减轻列车横向振动提高安全性和稳定性上有重要作用,为实现对抗蛇行减振器故障进行精确诊断,针对非线性振动信号故障特征不明显的问题,提出一种自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)与精细复合多尺度散布熵结合的故障诊断方法。首先采用CEEMDAN分解信号得到本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF),计算精细复合多尺度散布熵组成特征集,然后融合多个通道振动信号特征并用核主成分分析法进行降维,将降维后的特征集分成训练集和测试集,最后输入到改进麻雀算法优化的支持向量机模型中进行训练与诊断。为验证方法的可行性,以机车滚动振动试验台模拟列车运行的不同速度,设置抗蛇行减振器故障工况,通过转向架和车体多个位置传感器获得试验数据进行分析。研究结果表明,经过优选的特征集能更好地捕捉抗蛇行减振器故障的特征信息,与未经优选的特征集相比故障诊断结果正确率有所提升;多通道融合特征的方法与单通道相比反映故障信息更加全面,补偿了单一通道诊断结果精确度低的不足,进一步提高了故障诊断结果正确率;改进麻雀算法优化了模型参数,解决了参数设计的盲目性,提高了模型分类识别能力,并与其他算法相比验证了优越性。运用该方法对抗蛇行减振器进行故障诊断,能够有效诊断出抗蛇行减振器故障类型,为抗蛇行减振器故障诊断提供了一种新的方法。

高速列车蛇行减振实时混合试验的两级自适应时滞补偿方法

时滞补偿是高速列车蛇行减振实时混合试验的关键问题之一。高速列车的多个自振频率超过10 Hz,加载命令不可避免地存在高频分量,进而要求更小的时滞误差以保证试验稳定性。针对此问题,基于两级自适应时滞补偿方法的基本思想,采用系统逆模型完成名义时滞补偿,采用有限脉冲响应离散模型建立自适应逆控制器补偿剩余时滞与不确定性时滞,利用渐消记忆卡尔曼滤波器在线估计控制器参数。为充分探讨所提方法性能,采用线性和非线性加载系统模型,开展了线性、非线性试件模型的高速列车虚拟实时混合试验,比较了不同时滞补偿方法性能。研究表明,所提方法具有优良的补偿性能,表现出较强的鲁棒性,对于高频信号也能实现良好的补偿效果。

基于Maxwell-LSTM的抗蛇行减振器混合建模方法研究

列车车轮踏面在实际服役环境下的磨损,会提高抗蛇行减振器的工作频率。传统动力学仿真使用的Maxwell模型在模拟高频状态下的抗蛇行减振器动态特性存在挑战。而能够准确拟合高频状态下的抗蛇行减振器动态特性的物理参数模型存在计算效率低下、无法在多体动力学仿真中运用的问题。文中提出一种Maxwell等效参数模型和LSTM神经网络耦合的减振器混合建模方法,在传统Maxwell模型基础上,通过LSTM神经网络捕捉输入变量自身变化特性,间接考虑外部激励的频变与幅变以应对上述挑战。为证明该混合建模方法的可行性,将使用该方法训练好的混合模型与台架试验结果、非线性的刚度阻尼分段Maxwell模型进行对比。结果表明:相较于分段Maxwell模型,LSTM混合模型在计算效率基本一致的前提下,高频激励下混合模型误差平均降低22.31%,高幅值激励下混合模型误差平均降低26.89%,动态刚度误差平均降低26.35%,动态阻尼误差平均降低21.01%。可以得出结论,LSTM混合模型在表征减振器高频高幅值下的动态特性具有优势,基于Maxwell-LSTM的抗蛇行减振器混合建模方法可以解决传统动力学模型计算效率和计算精度之间的矛盾,更适合用于各类工况下的车辆系统动力学仿真。

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RCMDE和GWO-LSSVM的抗蛇行减振器故障诊断

针对高速列车抗蛇行减振器故障振动信号具有非线性、非平稳特征以及特征信号提取相对困难的问题,提出一种基于自适应噪声完备集合模态分解(CEEMDAN)与灰狼算法优化的最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的故障诊断方法。利用CEEMDAN方法分解车辆的振动信号,得到振动信号的各模态分量(IMF),并计算IMF各分量的精细复合多尺度散布熵(RCMDE),组成每个样本下的特征向量,最后输入到利用灰狼优化算法(GWO)对LSSVM的惩罚系数和核函数参数迭代寻优以获得最优分类效果的LSSVM中进行故障诊断。试验结果表明:通过提取CEEMDAN各模态分量IMF的精细复合多尺度散布熵作为特征输入到GWO-LSSVM中具有很好的诊断效果,实现了抗蛇行减振器故障的有效判别,验证了该方法的可行性。

基于多参数随机变化的高速动车组动力学指标分布研究

针对服役高速动车组关键悬挂部件动力学参数变化后动力学指标分布特征缺乏的问题,对运营里程为145万km的某型动车组的转臂节点径向和轴向刚度、抗蛇行减振器0.01和0.02 m·s^(-1)加载速度下的阻尼力进行测试和统计,结果均服从正态分布;建立并验证动车组参数化的动力学仿真模型,将转臂节点刚度和抗蛇行减振器阻尼力视为随机变量,构建基于改进拉丁超立方抽样的高速动车组动力学仿真方法,包含拉丁超立方抽样、轮轨型面与抽样结果组合、更换动车组仿真模型参数、动车组动力学仿真及动力学指标计算、动力学指标统计分析等内容。采用该方法进行动车组的动力学仿真计算,结果表明:服役近145万km的动车组脱轨系数、轮轴横向力和构架横向加速度随车轮磨耗的增加呈上升趋势,轮重减载率、垂向平稳性、横向平稳性指标呈先上升后下降趋势,但所有指标均未超限;脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、横向平稳性指标、垂向平稳性指标及构架横向加速度均呈正态分布;脱轨系数分布范围为0.036~0.207,均值为0.075,标准差为0.020;轮重减载率分布范围为0.107~0.262,均值为0.164,标准差为0.036;轮轴横向力分布范围为4.209~16.701 kN,均值为8.438kN,标准差为2.221 kN;横向平稳性指标分布范围为1.351~2.469,均值为1.566,标准差为0.149,垂向平稳性指标分布范围为2.260~2.323,均值为2.273,标准差为0.005;构架横向加速度分布范围为0.906~3.994 m·s^(-2),均值为1.978 m·s^(-2),标准差为0.590 m·s^(-2)。

抗蛇行减振器失效对地铁运行平稳性影响的试验研究

为研究抗蛇行减振器失效对车辆运行平稳性的影响,选择尚未投入运营的地铁车辆,通过拆除抗蛇行减振器的方式模拟其故障工况,对拆除抗蛇行减振器前后车辆的运行平稳性和振动特性进行线路试验研究。试验结果表明:拆除抗蛇行减振器对车辆运行平稳性有显著的影响,对于横向平稳性尤其明显。拆除的抗蛇行减振器越多,运行平稳性指标越大。抗蛇行减振器失效对车辆高速运行时以及通过直线或者大半径曲线时的平稳性影响较大。

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。

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。

抗蛇行减振器串联刚度对高速动车组运行稳定性的影响

介绍了抗蛇行减振器的简化模型——Maxwell模型,采用SIMPACK软件建立某高速动车组拖车模型,基于非线性稳定性和线性稳定性分析,研究了不同一系纵向定位刚度和等效锥度下抗蛇行减振器串联刚度对临界速度的影响。研究结果表明,与不同的一系纵向定位刚度和等效锥度相匹配,抗蛇行减振器串联刚度对车辆系统稳定性的影响是有差异的,在不同一系纵向定位刚度和等效锥度下抗蛇行减振器串联刚度有不同的最佳值。

服役转臂节点刚度对运营车辆动力学影响研究

运用SIMPACK软件建立CRH3型高速动车组模型,结合试验获得服役120万km转臂节点刚度变化范围,在考虑2种抗蛇行减振器、3种磨耗踏面与3种钢轨廓形匹配的实际运营工况下,仿真分析服役转臂节点刚度变化对车辆动力学性能的影响。结果表明:120万km服役转臂节点纵向刚度分布范围为90~150 MN/m,主要变化率在-10%~0%之间。在服役转臂节点刚度变化范围内,增大转臂节点纵向刚度可以降低车辆非线性临界速度及运行平稳性,并增大轮轨磨耗,其影响程度与轮轨匹配关系以及抗蛇行减振器种类关系紧密。为保证车辆运行稳定性及平稳性,建议避免使用60N(min-wear)钢轨,适当减小转臂节点刚度以及使用T60抗蛇行减振器。

抗蛇行减振器油液温度对车辆动力学性能的影响

考虑温度对抗蛇行减振器油液黏度的影响,基于动力学软件SIMPACK仿真研究油液温度对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明:在油液正常工作范围内,车辆蛇行临界速度随着油液温度降低而升高,低温(小于0℃)对车辆稳定性影响远大于高温(大于0℃),这是因为油液黏度随温度降低而升高,低温对油液黏度影响大于高温;当车辆速度小于200 km/h时,油液温度对车辆平稳性几乎没有影响,当车辆速度大于200 km/h时,油液温度对车辆平稳性有一定影响,且随着速度增加,影响程度也有所增加;油液温度对车辆安全性影响总体不是很大。

一种抗蛇行减振器控制系统在高速动车组中的仿真应用

为协调车辆横向稳定性与曲线通过性之间的矛盾,提出一种抗蛇行减振器的控制系统,并采用ADAMS-Matlab联合仿真的方法在高速动车组中进行了仿真应用。该控制系统以车体两侧高度差为控制变量,该变量可由空气弹簧高度调节阀和压差阀直接提供,不需要额外的传感器。抗蛇行减振器的控制系统可实现对曲线轨道和直线轨道两种情况之间抗蛇行减振器阻尼系数大小的调节。仿真结果表明:抗蛇行半主动控制在不影响动车组横向稳定性的同时,可大大提高车辆曲线通过时的安全性能。