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高铁车辆横向振动耦合机制及其减振技术对策

振动与冲击 2015年第3期34卷 83-92,107页

作者：朴明伟李明星赵强兆文忠大连交通大学机械工程学院大连116028

结合欧系车辆转向架技术创新特点,提出一种基于刚柔耦合仿真技术的车下质量橡胶吊挂优化设计方法。横向振动耦合机制是指以二系横向悬挂构成车体对走行部接口传递媒介的横向高频振动耦合机制,且具有抗蛇行高频阻抗、车体摇头大阻尼和"... 详细信息

结合欧系车辆转向架技术创新特点,提出一种基于刚柔耦合仿真技术的车下质量橡胶吊挂优化设计方法。横向振动耦合机制是指以二系横向悬挂构成车体对走行部接口传递媒介的横向高频振动耦合机制,且具有抗蛇行高频阻抗、车体摇头大阻尼和"无纵梁无骨架"铝合金车体3大特殊性。因而整装车体下部1阶横向弯曲模态振动将对车体技术服役寿命30年造成十分严重的负面影响。对于车下质量橡胶吊挂来讲,比例阻尼是抑制车下质量横向振动的积极因素之一,而对中部地板横向加速度则具有极值特征,即比例阻尼取0.5%,其全频域(RMS)3σ最小。也应当注意到上述减振技术的局限性,即在走行部非常工况下,较大的车下质量存在横向耦合振动的可能性,进而造成自重楔紧失效。

关键词：高铁车辆横向振动耦合机制车下质量橡胶吊挂比例阻尼刚柔耦合仿真

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高铁车辆安全稳定裕度可调控性研究

高铁车辆安全稳定裕度可调控性研究

作者：刘文辉大连交通大学

学位级别：硕士

振动报警故障是武广高铁特定线路所产生的特殊现象，其表明轮轨磨耗将对高速转向架稳定裕度产生非常敏感的影响。结合报警调查的试验分析，本文进行了基于模型的动态仿真分析，指出局部下凹型磨耗踏面所形成的小幅蛇行振荡是造成上述报... 详细信息

振动报警故障是武广高铁特定线路所产生的特殊现象，其表明轮轨磨耗将对高速转向架稳定裕度产生非常敏感的影响。结合报警调查的试验分析，本文进行了基于模型的动态仿真分析，指出局部下凹型磨耗踏面所形成的小幅蛇行振荡是造成上述报警故障的主要原因之一。由于轮轨接触蛇行振荡不再是固有不变的，因而必须采用抗蛇行频带吸能模式以提高转向架稳定裕度。由于转向架CRH3C稳定裕度不十分充裕，试验分析表明：在轮轨局部密贴型接触下，小幅蛇行振荡激扰引起构架横向谐振，其频率可达6.4Hz，并导致抗蛇行减振器卸荷。由于拖车点头迟滞非线性，一旦卸荷，拖车构架将产生横向颤振并报警。同时，由于抗蛇行减振器的耗散能力制约，为此将诸如横向谐振所造成的卸荷、横向冲击所产生的漏油等现象统称为高频卸荷机制。而抗蛇行动态刚度的非线性则是指因高频卸荷机制所带来的非线性影响。因此，正是由于高速转向架具有上述非线性行为，小幅蛇行安全论不再适用了。通过上述工作可以得到武广报警的两点原因：一是外部原因：踏面的局部下凹型磨耗造成轮轨接触关系恶化，形成小幅蛇行，造成高频激扰;二是内部原因：拖车点头迟滞非线性使构架在垂向形成（10～30）Hz宽频带响应，一旦“卸荷”拖车构架将出现横向颤振或持续高频振动，并发出振动报警。根据抗蛇行串联刚度对频谱吸能特性的影响规律，提出了抗蛇行软约束调控技术对策。在小位移摄动条件下，建立了抗蛇行减振器假设模型，即认为液压刚度很高，抗蛇行串联刚度是端节点橡胶刚度的一半。若将抗蛇行串联刚度适当地调高一倍，基于动态仿真的非线性行为安全评估表明：转向架CRH3C的稳定裕度得到改善，如临界速度和商业速度都得到明显的提高。由于上述调节必须通过更换橡胶节点方式来实现，因而将其称为抗蛇行软约束调控。仿真预期结果表明其完全可以保障高铁350～380km/h的运营安全。这一抗蛇行软约束的可调控性已经在高速晃车问题的解决过程中得到了验证。

关键词：高铁车辆振动报警抗蛇行减振器高速转向架非线性安全稳定性裕度抗蛇行软约束

高铁车辆车下（设备）质量弹性吊悬参数优化及动荷特征

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高铁车辆车下（设备）质量弹性吊悬参数优化及动荷特征

作者：李明星大连交通大学

学位级别：硕士

轮轨激扰作用、高速转向架悬挂高频阻抗作用及车体结构特点,成为影响其柔性车体及乍下质量振动的3大关键因素。对于高铁车辆来讲,车体对走行部的接口上增添了新的影响因素,如日系车辆二系悬挂采用日系空簧,从而带来空簧热力学非线性影响... 详细信息

轮轨激扰作用、高速转向架悬挂高频阻抗作用及车体结构特点,成为影响其柔性车体及乍下质量振动的3大关键因素。对于高铁车辆来讲,车体对走行部的接口上增添了新的影响因素,如日系车辆二系悬挂采用日系空簧,从而带来空簧热力学非线性影响,形成了垂向振动传递机制;而欧系车辆,ICE3系列转向架5项技术创新在于如何实现抗蛇行频带吸能机制,以集中解决转向架不稳定问题,因而抗蛇行高阻抗作用成为了车体对于走行新的影响因素,进而形成了车体横向振动耦合机制。根据高铁车辆垂向振动传递机制的特殊性及欧系车辆转向架技术创新特点,本文运用橡胶吊挂“浮板效应”来解决乍体横向振动问题,并提出了一种基于刚柔耦合仿真技术的柔性车体验证及车下质量橡胶吊挂优化设计方法。柔性车体垂向加速度响应频带增宽是日系车辆提速300km/h运行的共性问题之而日系空簧“硬悬挂”则是其关键因素。轨道小缺陷造成了转向架构架强迫振动响应,进而暴露了铝合金车体“无骨架无纵梁”结构弱点,并造成车下质量共振及其安装吊架疲劳开裂。对于欧系车辆采用德系空簧“软悬挂”,则不存在车体垂向振动问题。在车下质量有源振动激扰下,柔性车体验证表明：车体地板具有“两端大中间小”振动特征。以地板舒适性评估,所允许的有源激扰强度很低,如舒适性优良,其有源激扰强度仅相当于冷却风扇。因此,车体轻量化设计应重视如下3个细节问题：地板振动敏感部位、橡胶吊挂约束阻尼作用、地板舒适性评价。横向振动耦合机制是指以二系横向悬挂构成车体对走行部接口传递媒介的横向高频振动耦合机制,且具有抗蛇行高频阻抗、车体摇头大阻尼及铝合金车体结构弱点3大特殊性。在整车装备下,车体下部1阶横向弯曲模态频率仅为14.2Hz,其模态振动将对车体技术服役寿命30年造成十分严重的负面影响。对于车下质量橡胶吊挂来讲,比例阻尼是抑制车下质量横向振动的积极因素之一,且对车体中部地板横向加速度则具有极值特征,即比例阻尼取0.5%时,其全频域(RMS)3σ最小。由此可见,车下质量橡胶吊挂主要是解决车体横向振动问题的,而非通常意义下的垂向振动吊挂。同时也应注意到上述橡胶吊挂减振技术的局限性：即在走行部非常工况下,较大的车下质量存在横向耦合振动的可能性,进而造成自重楔紧失效;若橡胶吊挂阻尼过大,如比例阻尼3%,铝合金车体横向激扰能量难以释放,则将出现车上横向振动大于车下的反常现象。

关键词：高铁车辆车下设备质量振动传递机制橡胶吊挂刚柔耦合仿真

高铁车辆振动报警原因及安全稳定裕度调控技术对策

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高铁车辆振动报警原因及安全稳定裕度调控技术对策

作者：方照根大连交通大学

学位级别：硕士

振动报警是武广高铁特定线路条件下所形成的典型故障。运行里程刚刚达到20万公里,就出现十分罕见的下凹型踏面磨耗,这充分暴露了转向架稳定裕度不充裕问题。尽管目前限速300km/h,但是问题仍然存在,如轴箱温升报警时常发生、下凹型踏面... 详细信息

振动报警是武广高铁特定线路条件下所形成的典型故障。运行里程刚刚达到20万公里,就出现十分罕见的下凹型踏面磨耗,这充分暴露了转向架稳定裕度不充裕问题。尽管目前限速300km/h,但是问题仍然存在,如轴箱温升报警时常发生、下凹型踏面磨耗也很常见。因此,应用抗蛇行频带吸能理论进行转向架参数优配,不仅是必要的而且也是紧迫的。通过抗蛇行减振器参数合理配置,完全可以消除振动报警,以达到克服轮轨磨耗敏感性逐步优化修程修制的技术目标。武广高铁振动报警故障试验调查分析表明：这一典型故障具有如下技术特征,即局部下凹型踏面、构架横向谐振以及拖车构架横向颤振。动态仿真对比分析说明了罕见的局部下凹型磨耗踏面产生原因：由于转向架稳定裕度不充裕,超速350km/h运行造成抗侧滚扭杆发生谐振;因而车轮产生了相应频率成分的横向动态蠕滑力,并造成了局部下凹型踏面磨耗。根据目前武广高铁300km/h运用的镟轮修程,等效锥度控制在0.35以下,这与中等经济速度很好地吻合。但是,一旦轮轨形成密贴接触,则最佳经济速度降至280km/h。同时,为了确保高铁车辆运行安全冗余,还要兼顾其稳定鲁棒性能。因此,根据抗蛇行减振器台架试验数据,应用抗蛇行频带吸能新理论,制定了抗蛇行软约束调控技术对策及转向架最优参数配置。转向架优配展示了新一代高速转向架3大稳定特征,即适度拓宽运行速度空间、系统优化构架动荷以及更加强调高速列车稳定鲁棒性。由此可见：以武广高铁振动报警作为典型故障研究,其价值在于如何协调轮轨磨耗敏感性与转向架稳定裕度不充裕之间矛盾。因而提出了安全稳定裕度调控技术对策。与被动控制轮轨磨耗的技术方式不同,安全稳定裕度调控是基于抗蛇行频带吸能机制的积极主动技术对策。抗蛇行软约束技术已经在长编高速列车得到了工程应用,跟踪测试数据也证实了其技术优越性,这为欧系车辆实现转向架统一的参数优配奠定了技术基础。本文的课题研究工作得到了如下项目资助：1、国家科技支撑计划：中国高速列车关键技术研究及装备研制(2009BAG12A01)之共性基础及系统集成技术;2、铁道部科技研究开发计划课题：高速转向架安全稳定性裕度可调控性研究(2011J013-B);3、西南交通大学牵引动力国家重点实验室开放课题：高铁车辆安全稳定性裕度可调控性理论研究(TPL1102)。

关键词：高铁车辆振动报警安全稳定裕度最优调控经济速度

高铁车辆横向振动耦合机制理论论证与试验验证

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高铁车辆横向振动耦合机制理论论证与试验验证

作者：赵强大连交通大学

学位级别：硕士

横向振动耦合机制是目前高铁车辆振动行为的基本规律,其主要原因在于ICE3转向架原型存在设计缺陷,因而客运专线并非保障高铁运用稳定安全的充要技术条件。具体地,ICE3原型对其设计的主要研究问题处理,仅仅以自适应控制方式实现了对转向... 详细信息

横向振动耦合机制是目前高铁车辆振动行为的基本规律,其主要原因在于ICE3转向架原型存在设计缺陷,因而客运专线并非保障高铁运用稳定安全的充要技术条件。具体地,ICE3原型对其设计的主要研究问题处理,仅仅以自适应控制方式实现了对转向架不稳定蛇行振荡现象的超前校正,部分丧失了转向架自稳定能力。不仅如此,随着车速要求的不断提高,抗蛇行高频阻抗作用的负面影响更加突出,且在车体与走行部之间形成了横向耦合关系,其耦合强度取决于整备车体的横向参振质量,因而采用了车下质量橡胶吊挂方式。因此,必须正确认知ICE3转向架创新技术特点及其局限性,且现阶段高铁运用需特别防范侧风稳定性问题及其危害性影响。在前期研究基础上,即车下质量横向耦合振动及其橡胶吊挂优化设计,本文进一步开展了高铁车辆横向振动耦合机制的理论论证与试验验证工作,其主要技术难点在于如何界定铝合金车体高频弹性振动规律。根据系统刚度概念与高斯过程统计特征,提出了奇异系数新概念以其描述非平稳与非高斯过程,并抓住以下2个振动行为特征:①动车转向架原配存在稳定裕度不充裕问题,且形成局部下凹型踏面磨耗特征,在局部密贴型接触的极端情况下,形成了小幅蛇行振荡,其奇异系数小于2.0;②而长编转向架原配或现场调控,其抗蛇行串联刚度参数配置较高,车体摇头大阻尼特征更为突出,因而对后位转向架接口的横向扰动增强,其奇异系数大于2.0。结合某高寒车车下质量振动跟踪测试,通过试验测试与动态仿真对比,两者结论十分吻合。具体地,以小幅蛇行振荡作为独立激励,较大车下质量横向耦合共振,并造成某些橡胶吊挂点的自重楔紧失效,进而产生铝合金车体横向抖振。应用奇异系数进一步给出了高铁车辆的横向振动耦合机制3大判定条件,即足够激扰能量、振动传递媒介以及耦合共振可能性。在侧风对车体扰动下,电机横摆奇异性必将导致高速晃车现象,进而增强其流固耦合效应,并造成动力轮对齿轮箱壳体振动开裂。最后,橡胶吊挂动态刚度试验对比分析表明:高频参振质量并非恒定不变,因为安装吊架及其联接关系具有其固有的柔顺性,实际高频参振质量却在不断降低。统计能量方法具有其固有的局限性,即未能考虑(局部)约束对模态固有特性的影响。针对柔性体的高阶模态截取及其残余力影响,应用奇异系数新概念,刚柔耦合仿真反映了非平稳与非高斯过程的主要统计特征,揭示了目前高铁车辆横向振动耦合机制。

关键词：高铁车辆刚柔耦合高阶模态截取奇异系数耦合机制橡胶吊挂

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高铁车辆横向振动耦合机制及其影响因素研究

高铁车辆横向振动耦合机制及其影响因素研究

作者：于成龙大连交通大学

学位级别：硕士

横向振动耦合机制是主导高铁车辆振动行为的基本机制,同时也是ICE3转向架技术创新局限性的主要表现形式之一。根据降低轮对纵向定位刚度以及动车稳定性态的三次蜕变,本文论证了ICE3原型设计存在以下相互制约的技术条件:即轮对(强)刚性... 详细信息

横向振动耦合机制是主导高铁车辆振动行为的基本机制,同时也是ICE3转向架技术创新局限性的主要表现形式之一。根据降低轮对纵向定位刚度以及动车稳定性态的三次蜕变,本文论证了ICE3原型设计存在以下相互制约的技术条件:即轮对(强)刚性定位约束与抗蛇行高频阻抗作用,是降低蛇行振荡参振质量确保转向架高速性能的2项必要技术条件,同时也是高铁车辆横向振动耦合机制形成的2个主要技术要素。因此,从高铁建设与运用的可持续性发展角度出发,对ICE3原型的实质性技改具有必要性与紧迫性。针对目前350 km/h标准动车组,无论降低轮对纵向定位刚度,还是车轮型面新型设计,均违背了上述相互制约的技术条件,难以确保转向架高速性能。动态仿真分析表明:在抗蛇行频带吸能机制下,降低轮对纵向定位刚度,将造成动车稳定性态的3次蜕变:即动车转向架蛇行模态与相应的电机横摆模态之间牵的连运动关系,部分或全部脱开,以及车体摇头大阻尼特征发生转变。而降低名义等效锥度至0.10,则完全背离ICE3原型设计对轮配技术条件制约性。其次,上述动车稳定性态3次蜕变结论得到了二系横向减振器线性阻尼配置规律的佐证。具体地,刚柔耦合仿真不仅验证了ICE3原型的二系横向减振器线性阻尼原配值是最佳参数配置,而且三次蜕变相应的二系横向减振器线性阻尼有配置符合不同速度等级轨道客车的配置规律。换言之,车速要求越高,车体摇头模态阻尼越大,因而二系横向减振器线性阻尼配置则越低。最后,高速转向架没有必要采用轮对(强)定位约束。比如轮对纵向定位刚度由120 MN/m降低至70 MN/m,按照2种不同的统计方案,车轮自旋蠕滑统计特征并未产生实质性变化。也就是说,轮对(强)刚性定位约束与抗蛇行高频阻抗作用,是电机吊架相对动车转向架形成横摆运动的2个必要技术条件。根据整车稳定性态图、多体动态仿真以及刚柔耦合仿真综合分析手段,本文发现了降低轮对纵向定位刚度以及动车稳定性态的3次蜕变,并得到了二系横向减振器线性阻尼配置规律的佐证,进而提出了ICE3原型设计存在相互制约的技术条件。

关键词：高铁车辆横向振动耦合机制轮对(强)刚性定位刚柔耦合仿真三次蜕变

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地磁暴侵害高铁车辆变压器油箱的探究

机车电传动 2015年第6期 45-48页

作者：钱学成尹燕霖李扬刘明光陈佳北京交通大学电气工程学院北京100044

分析了地磁暴产生的原因,探究了GIC在高铁AT供电方式下侵入动车组车辆牵引变压器的机理,以CRH2型动车组为例,利用Maxwell软件仿真,分析了不同数值的GIC对高铁车辆变压器油箱的电磁系统和损耗造成的影响。

关键词：地磁暴高铁车辆变压器油箱电磁系统油箱损耗

基于AHP—模糊综合评价法的高铁车辆舒适性评价

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四川建筑 2018年第4期38卷 65-68页

作者：谭小波西南交通大学土木工程学院四川成都610031

舒适性作为高铁车辆运行品质评价的主要准则之一,直接决定了乘客旅行过程中体验的优劣,对高铁车辆舒适性进行客观合理的评价对提高我国的高速铁路市场竞争力具有重要意义。针对目前评价方法中缺乏对高铁车辆的整体舒适性进行定量评价这... 详细信息

舒适性作为高铁车辆运行品质评价的主要准则之一,直接决定了乘客旅行过程中体验的优劣,对高铁车辆舒适性进行客观合理的评价对提高我国的高速铁路市场竞争力具有重要意义。针对目前评价方法中缺乏对高铁车辆的整体舒适性进行定量评价这一问题,文章提出了基于AHP-模糊综合评价法的高铁车辆舒适性评价方法。首先建立高铁车辆舒适性评价指标体系,并利用层次分析法确定各级指标权重;然后将乘客的主观定性评价转化为模糊评价矩阵,再利用多级模糊综合评价法进行求解,最终得到了较客观的定量评价结果。利用该结果可以发现设计中的不足之处,并指导调整方向。

关键词：高铁车辆舒适性评价层次分析法模糊综合评价

橡胶挂件在高铁车辆横向振动耦合机制及其减振技术中的应用

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橡塑技术与装备 2015年第16期41卷 139-141页

作者：刘寅周峰南京七四二五橡塑有限责任公司江苏南京210028

针对目前高铁车组在行驶时车下挂掉设备受力过大的问题,一种基于刚柔耦合仿真技术的车下质量橡胶吊挂优化设计方案在现今高铁车组中被开发出来。这种橡胶横向震动耦合机制的走行部接口传递主要是以二系悬挂为媒介,具有极强的抗蛇行高频... 详细信息

针对目前高铁车组在行驶时车下挂掉设备受力过大的问题,一种基于刚柔耦合仿真技术的车下质量橡胶吊挂优化设计方案在现今高铁车组中被开发出来。这种橡胶横向震动耦合机制的走行部接口传递主要是以二系悬挂为媒介,具有极强的抗蛇行高频阻抗,且车体摇头的阻尼较大,机制本身制作材料为无纵梁和骨架形态的铝合金,因此在安装横向弯曲模态振动后,就车下质量橡胶吊挂而言,将会承受很大的阻力。若不注意减振技术的局限性,走行部出现异常情况时,车下质量过大就会导致其出现横向耦合振动,进而造成自重楔紧失效的情况。本文结合分析以上几种情况,对车下橡胶吊挂的振动情况与车体振动之间的联系做分析,提出适当的减振方法。

关键词：高铁车辆横向震动合机制橡胶机械减振技术