高速列車(chē)車(chē)下懸吊系統(tǒng)振動(dòng)行為研究

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1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：U270.1,U271.91密級(jí)：公開(kāi)國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：629西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文高速列車(chē)車(chē)下懸吊系統(tǒng)振動(dòng)行為研究年級(jí)：二〇一三級(jí)姓名：汪群生申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：載運(yùn)工具運(yùn)用工程指導(dǎo)老師：曾京教授二零一七年九月ClassifiedIndex:U270.1,U271.91U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationStudyonVibrationBehaviorofCarbodyUnderframeSuspendedSystemsforHighSpeedTrainsGrade

2、:2013Candidate:WangQunshengAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DoctorSpeciality:VehicleOperationEngineeringSupervisor:Prof.ZengJingSeptember.2017西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第I頁(yè)摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市之間的交流愈加頻繁，傳統(tǒng)的鐵路車(chē)輛已經(jīng)落后于社會(huì)和科技的發(fā)展，高速鐵路的運(yùn)營(yíng)開(kāi)通滿(mǎn)足了人們對(duì)出行的快捷、安全和舒適的需求，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主動(dòng)脈，而車(chē)體的輕量化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和動(dòng)力分散式的牽引方式解決了制約車(chē)輛運(yùn)行速度提升的瓶頸。相比較于傳統(tǒng)的

3、鋼結(jié)構(gòu)車(chē)體，采用鋁合金的新型車(chē)體可以降低30%左右的重量，而動(dòng)力分散式的牽引方式分散了動(dòng)力車(chē)的牽引功率，降低了軸重，對(duì)提高車(chē)輛運(yùn)行速度至關(guān)重要，但是也給車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。輕量化的設(shè)計(jì)在降低車(chē)體質(zhì)量的同時(shí)也降低了車(chē)體剛度，使得車(chē)體的彈性振動(dòng)加劇。高速列車(chē)在采用動(dòng)力分散式的牽引方式后，將牽引變壓器、變流器等重量達(dá)到十噸左右的電器元件安裝在車(chē)體底架上，也會(huì)進(jìn)一步加劇車(chē)體的彈性振動(dòng)，嚴(yán)重影響車(chē)輛的運(yùn)行品質(zhì)。鑒于此，本文以高速列車(chē)的車(chē)下懸吊系統(tǒng)為研究對(duì)象，以降低車(chē)體彈性振動(dòng)并將設(shè)備振動(dòng)抑制在合理范圍內(nèi)為目標(biāo)，重點(diǎn)研究高速列車(chē)車(chē)體和車(chē)下懸吊設(shè)備的耦合振動(dòng)行為。主要開(kāi)展了以下研究

4、工作：（1）基于車(chē)體模態(tài)測(cè)試和車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)臺(tái)架試驗(yàn)，分別建立了考慮車(chē)體彈性和車(chē)下懸吊設(shè)備的車(chē)輛剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)解析模型和仿真模型，給出了車(chē)下懸吊設(shè)備的最優(yōu)懸掛參數(shù)；為了研究縱向沖擊對(duì)車(chē)體彈性振動(dòng)的影響，在解析模型中考慮了輪對(duì)和構(gòu)架的縱向振動(dòng)，在仿真模型中考慮了抗蛇行減振器和空氣彈簧的非線性特性；最后通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。（2）采用車(chē)輛剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真模型，對(duì)比分析了車(chē)下懸吊設(shè)備的布置位置、懸掛參數(shù)和車(chē)輛系統(tǒng)的一系和二系懸掛參數(shù)等對(duì)車(chē)體和設(shè)備耦合振動(dòng)的影響規(guī)律，為車(chē)下懸吊系統(tǒng)的垂向懸掛和橫向懸掛參數(shù)提供依據(jù)；基于高速列車(chē)的線路跟蹤試驗(yàn)，針對(duì)車(chē)體彈

5、性振動(dòng)與轉(zhuǎn)向架橫向失穩(wěn)的耦合振動(dòng)問(wèn)題，研究分析了車(chē)下懸吊設(shè)備橫向懸掛參數(shù)對(duì)車(chē)體橫向振動(dòng)的影響，并給出橫向懸掛參數(shù)的選取建議。（3）研究分析了外界激勵(lì)下車(chē)體和車(chē)下懸吊系統(tǒng)的耦合振動(dòng)關(guān)系，包括有車(chē)下旋轉(zhuǎn)設(shè)備的動(dòng)不平衡、非定常隨機(jī)氣動(dòng)載荷和軌道隨機(jī)不平順，為提高車(chē)下懸吊系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性提供依據(jù)。（4）建立了車(chē)下懸吊系統(tǒng)天棚阻尼控制策略和LQR控制策略的半主動(dòng)控制模型，對(duì)比分析了半主動(dòng)控制減振的效果，半主動(dòng)控制可以有效降低車(chē)體的彈性振動(dòng)，控制策略的不同控制效果不一樣，為進(jìn)一步降低車(chē)體彈性振動(dòng)并提高旅客的乘坐舒適性提供理論支撐。（5）基于非線性的車(chē)鉤緩沖器模型，建立了列車(chē)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)

6、模型，研究了在牽引制動(dòng)和列車(chē)連掛救援等縱向沖擊工況下車(chē)體和懸吊設(shè)備的振動(dòng)行為，為車(chē)下懸吊系統(tǒng)的縱向懸掛設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第II頁(yè)西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文關(guān)鍵詞：高速列車(chē)；車(chē)下懸吊系統(tǒng)；彈性車(chē)體；懸吊設(shè)備；車(chē)體減振；懸掛參數(shù)；耦合振動(dòng)行為；半主動(dòng)控制；縱向振動(dòng)西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第III頁(yè)AbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,thecommunicationsbetweencitiesaremorefrequent.Whilethetraditionalrailwayhasbeenlaggedbehi

7、ndthedevelopmentofsocietyandtechnology,theopeningofthehigh-speedrailwayhasmettheneedofthepeopleforfast,safeandcomfortabletravels,andthehighspeedrailwayhasbecomethemainarteryforChina’seconomicdevelopment.Thecarbodylight-weighdesigncriterionandthepower-dis