高鐵車輛車體振動因素分析

劉霞

摘 要 關(guān)于高速鐵路應(yīng)用，高速車身振動是與乘坐舒適性和結(jié)構(gòu)疲勞安全性相干的重要問題。盡管橫向舒適性的影響機(jī)制十分復(fù)雜，但是垂直輪軌擾動傳遞的角度來看，軌道道路激活和二次懸架是影響高速鐵路車體振動的重要要素。為此，本文討論了在轉(zhuǎn)向架上增加雙線垂直阻尼器的必須性。經(jīng)過建模仿真與實(shí)驗(yàn)的對比，得出以下結(jié)論：因?yàn)榈聡腿毡镜目諝鈴椈稍诠?jié)流阻尼成果上有不一樣的設(shè)計(jì)風(fēng)格，德國空氣彈簧懸架在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時仍保持“軟懸浮”特性。

關(guān)鍵詞 高鐵車輛 空簧懸掛 轉(zhuǎn)向架 車體振動

中圖分類號：U270.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

關(guān)于高鐵的平安經(jīng)營來講，高鐵車輛車體振動是關(guān)系到乘坐舒適性和車體構(gòu)造疲勞安全的重要問題。現(xiàn)階段高鐵應(yīng)用的種種振動問題，其共同技術(shù)原因在于橫向振動耦合機(jī)制。也就是說，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向架有兩種典型配置，即EMU轉(zhuǎn)向架的原始配置和長轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架的現(xiàn)場調(diào)理。

不同于快速鐵路應(yīng)用，高速鐵路應(yīng)用中必須強(qiáng)調(diào)安全冗余。因此，降低（蛇振蕩）振動質(zhì)量應(yīng)作為高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的基本原理。中國的長距離高速鐵路應(yīng)用表明，高速轉(zhuǎn)向架（如ICE3系列）有自己的技術(shù)創(chuàng)新，以確保他們的安全冗余。尤其是對列車，線路的服務(wù)條件有其復(fù)雜性和不確定性。有必要考慮在車體上的擾動的側(cè)風(fēng)的流固耦合效果，并且所造成的堤凍脹或橋墩結(jié)算長波不規(guī)則性。而雪和冰障礙物可以在高山地區(qū)的應(yīng)用呈現(xiàn)。

為了更好地實(shí)施高速鐵路，本文進(jìn)一步研討高鐵車輛橫向振動耦合機(jī)制構(gòu)成的主要要素，以正確認(rèn)知高速列車穩(wěn)固魯棒性能，確保長大列車的持續(xù)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

1車體振動分析的理論基礎(chǔ)

1.1隨機(jī)振動理論

近期以來，世界上許多這一范圍的科技人員在這個問題上進(jìn)行了大批的研討任務(wù)并取得了非常大的進(jìn)展，然而，至今的剖析辦法還有許多欠缺之處，特別是如何經(jīng)過車輛構(gòu)造參數(shù)的調(diào)整使振動對人的感覺得到有效的降低，更有深化研究的須要。我們首先分析隨機(jī)過程的概念及統(tǒng)計(jì)特性。

在車輛的動態(tài)仿真中，仿真數(shù)據(jù)的解決與測試信號的采樣一樣，對采樣數(shù)據(jù)也存在一個時域統(tǒng)計(jì)特色問題，這就涉及到隨機(jī)進(jìn)程的統(tǒng)計(jì)個性。

關(guān)于每一時辰t∈T，X（t）是一隨機(jī)變量，則這樣的隨機(jī)變量族[X（t），t∈T]稱為隨機(jī)進(jìn)程。假設(shè)T是離散的時間域，則X（t）是一隨機(jī)時間序列。對振動過程離散采樣時，得到的就是時間序列。

x1（t），x2（t），……，xn（t）即為隨機(jī)變量的個“樣本點(diǎn)”。

1.2.車輛振動的評定

（1）行車安全性，為能有效的承受所需施加制動力、加速力及車輛側(cè)向?qū)蛄Γ囕v與路面之間力的傳遞應(yīng)盡可能保持連續(xù)不變。

（2）乘坐舒適度，或者使用頻域法，或者把人體看成成型濾波器來描述的時域法（協(xié)方差分析）。

2橫向耦合機(jī)制形成的主要因素

對于轉(zhuǎn)向架優(yōu)配來講，降低輪對縱向定位剛度，動車堅(jiān)固性態(tài)將要造成三次改動。也就是說，轉(zhuǎn)向架的自導(dǎo)向能力有所恢復(fù)。

可以看出，在抗蛇帶能量吸收機(jī)制的配合下，只要強(qiáng)制轉(zhuǎn)向架技術(shù)模式才能到達(dá)降低振動質(zhì)量的目標(biāo)，它有三個主要特征：（1）輪強(qiáng)制定位，可達(dá)120 mN / m的縱向定位剛度，水平12.5 mN / m的;（2）抗蛇高頻阻抗，因此必需采納新的防蛇阻尼器，一種抗蛇帶能量吸收機(jī)制技術(shù)完成;（3）最小等效的錐度不能低于0.166，否則低錐度將難以避免。

3空簧懸掛方式對車體結(jié)構(gòu)振動的影響

3.1速度的影響

（1）300KMH以上，在300KMH以上運(yùn)行時，車體地板振動的主要原因是由空簧動態(tài)剛度的軟硬差別造成的。

（2）300kmh以下，在300KMH以下運(yùn)行時，前端地板的彈性振動迅速降低，甚至到達(dá)微乎其微的水平;然而，中間地板振動則是時有時無，在運(yùn)行時呈現(xiàn)階垂向地板彎曲模態(tài)振動。

3.2直線運(yùn)行車體地板振動對比

（1）在高速運(yùn)行工況下，日系空簧懸掛（如將對地板彈性振動帶來相當(dāng)有害的影響）;

（2）對于德系空賛懸掛來講，若增加外掛減振器（如也將增強(qiáng)端部地板振動的強(qiáng)度。

4結(jié)論

關(guān)于高速鐵路車輛，它具備高速輪軌擾動，轉(zhuǎn)向架懸架和車身構(gòu)造設(shè)計(jì)的特殊性。因而，高速車身振動是與乘坐舒適性和疲勞安全性相干的重要問題，應(yīng)予以足夠重視。經(jīng)過比照分析德國空氣彈簧懸架的特點(diǎn)，得出德國空氣黃在運(yùn)用中的優(yōu)越性能。然后，將舒適性評估與四種開放懸掛方法進(jìn)行比較，并獲得德國空氣彈簧。 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，依然能夠形成“軟懸浮”，車身垂直舒適性最佳;最后，按照剛?cè)嵝阅７潞偷孛嬲駝悠饰觯l(fā)現(xiàn)懸空懸架方式與車身中間樓層的振動沒有直接關(guān)系。

橫向振動耦合機(jī)制是高速鐵路車輛振動特性的根本規(guī)律。它的構(gòu)成有以下兩個主要要素：輪對強(qiáng)迫導(dǎo)向定位和抗蛇高頻阻抗，這招致運(yùn)動體的大阻尼特性。增強(qiáng)了車體對后轉(zhuǎn)向架界面的水平高頻擾動，構(gòu)成了橫向振動傳遞介質(zhì);同時，這兩個要素也是降低振動質(zhì)量的必須技術(shù)條件。與快速軌道使用模型不同，高速鐵路應(yīng)用必需強(qiáng)調(diào)其安全冗余。因而，降低振動質(zhì)量應(yīng)該是高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的根本準(zhǔn)則。

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，2017YFB1201304-06。

參考文獻(xiàn)

[1] 樸明偉，李明星，趙強(qiáng)等.高鐵車輛橫向振動耦合機(jī) 制及其減振技術(shù)對策[J].振動與沖擊，2015，34（03）：8392

[2] 李海.運(yùn)等車輛空氣彈黃動力學(xué)參數(shù)特性研究[J].中國鐵道科學(xué)，2003，24（05）：91-95.

[3] 樸明偉等.大型剛?cè)徨伜夏草v動力學(xué)系統(tǒng)仿真研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2008，14（05）：875-881.

[4] 樸明偉，任晉峰，李娜等.基于空簧懸掛特性的高鐵車輛車體振動對比研究[J].中國鐵道科學(xué)，2012，33（01）：7177.