车下设备偏心对高速动车组运行平稳性的影响机理研究*

doi:10.3901/JME.2017.06.131

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (6): 131-137.doi: 10.3901/JME.2017.06.131

扫码分享

车下设备偏心对高速动车组运行平稳性的影响机理研究^*

夏张辉, 宫岛, 周劲松, 孙文静, 孙煜

同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海 201804

出版日期:2017-03-20 发布日期:2017-03-20
作者简介:夏张辉，男，1993年出生，博士研究生。主要研究方向为铁道车辆动力学。E-mail：xia_zhang_hui@163.com宫岛(通信作者)，男，1985年出生，博士，硕士研究生导师。主要研究方向为铁道车辆动力学。E-mail：gongdao@tongji.edu.cn
基金资助:
* “十二五”国家科技支撑计划资助项目(2015BAG19B02); 20160509收到初稿，20161114收到修改稿;

On the Influence Mechanism of the under Chassis Equipment Eccentric on the Vehicle Ride Quality of High-speed EMU Train

XIA Zhanghui, GONG Dao, ZHOU Jinsong, SUN Wenjing, SUN Yu

Institute of Rail and Transit， Tongji University， Shanghai 201804

Online:2017-03-20 Published:2017-03-20

摘要/Abstract

摘要：

建立包含车体弹性及车下设备的高速动车组精细化刚柔耦合动力学模型，研究车下设备固有频率优化取值，并研究车下设备偏心对整车振动性能的影响及其机理。结果表明，车下设备偏心会使车下设备六个方向自由度的振动发生耦合现象，导致各阶刚体振型及振型频率产生较大变化，致使车下设备固有频率偏离了原始设计最优值，减振效果降低、车辆运行平稳性变差。基于遗传算法，以解耦度为优化目标，以车下设备固有频率为约束条件，提出基于解耦度优化的车下设备悬挂系统各橡胶元件三向刚度协同设计方法。计算分析表明，车下设备各阶刚体振型可获得良好的解耦度，且悬挂系统减振效果显著，车辆运行平稳性得到有效改善。

关键词: 解耦度, 能量分布矩阵, 设备偏心, 橡胶元件, 高速动车组

Abstract:

A rigid-flexible coupling dynamic model of a high-speed EMU train which includes an elastic car body and a under chassis equipment is established, the optimal value of the natural frequency of the equipment is studied, and the effect and its mechanism of the eccentric of the equipment on the vehicle vibration performance are researched. Results show that the eccentric of the equipment may lead to a coupling vibration phenomenon of the six degrees of freedom, and each vibration mode shape and the relevant frequency change greatly and deviates from the original optimal value, resulting in a decrease in the effect of vibration reduction and the ride quality of the vehicle. Based on genetic algorithm, taking the decoupling degree as the optimization goal, the under chassis equipment natural frequencies as the constraints, the collaborative method for designing the three dimensional stiffness of the rubber components of the equipment suspension is proposed. Calculation results show that each rigid mode of the under chassis equipment can obtain a good decoupling degree, and the effect of the suspension on the vibration reduction is obvious and the vehicle ride quality can be improved effectively.

Key words: decoupling degree, energy distribution matrix, equipment eccentric, rubber component, high speed EMU train

夏张辉, 宫岛, 周劲松, 孙文静, 孙煜. 车下设备偏心对高速动车组运行平稳性的影响机理研究^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(6): 131-137.

XIA Zhanghui, GONG Dao, ZHOU Jinsong, SUN Wenjing, SUN Yu. On the Influence Mechanism of the under Chassis Equipment Eccentric on the Vehicle Ride Quality of High-speed EMU Train[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(6): 131-137.

参考文献

[1] 张相宁，李明高. 动车组车下吊挂设备吊装装置的橡胶减振器研究[J]. 大连交通大学学报，2012(5)：19-22.
ZHANG Xiangning，LI Minggao. Study on rubber isolator of hoisting device for hanging EMU equipment[J]. Journal of Dalian Jiaotong University，2012(5)：19-22.
[2] 宫岛，周劲松，孙文静，等. 高速列车车下设备模态匹配研究[J]. 振动与冲击，2014(8)：180-185.
GONG Dao，ZHOU Jinsong，SUN Wenjing. Modes matching between suspended devices and car body for a high-speed railway vehicle[J]. Journal of Vibration and Shock，2014(8)：180-185.
[3] 宫岛，周劲松，孙文静，等. 下吊设备对高速列车弹性车体垂向运行平稳性影响[J]. 中国工程机械学报，2011(4)：404-409.
GONG Dao，ZHOU Jinsong，SUN Wenjing. Impacts of hanging equipments on vertical riding stability of elastic high-speed train bodies[J]. Chinese Journal of Construction Machinery，2011(4)：404-409.
[4] GONG D，ZHOU J，SUN W. Influence of under-chassis-suspended equipment on high-speed EMU trains and the design of suspension parameters[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F Journal of Rail & Rapid Transit，2016，230(8)：1790-1802.
[5] SUZUKI Y，AKUTSU K. Theoretical analysis of flexural vibration of car body[J]. QR of RTRI，1990，31(1)：42-48.
[6] 宫岛，周劲松，孙文静. 高速列车弹性车体与转向架耦合振动分析[J]. 交通运输工程学报，2011(4)：41-47.
GONG Dao，ZHOU Jinsong，SUN Wenjing. Coupled vibration analysis of flexible car body and bogie for high-speed train[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering，2011(4)：41-47.
[7] GUYAN R J. Reduction of stiffness and mass matrices[J]. AIAA Journal，1965，3(2)：1133-1145.
[8] CARLBOM P. Combining MBS with FEM for rail vehicle dynamics analysis[J]. Multibody System Dynamics，2001，6：291-300.
[9] 背户一登. 动力吸振器及其应用[M]. 任明章，译. 北京：机械工业出版社，2013.
KAZUTO S. Dynamic vibration absorber and its applications[M]. Translated by REN Mingzhang. Beijing：China Machine Press，2013.
[10] 周劲松，张伟，孙文静，等. 铁道车辆弹性车体动力吸振器减振分析[J]. 中国铁道科学，2009，30(3)：86-90.
ZHOU Jinsong，ZHANG Wei，SUN Wenjing，et al. vibration reduction analysis of the dynamic vibration absorber on the flexible carbody of railway vehicles[J]. China Railway Science，2009，30(3)：86-90.
[11] 张英会. 弹簧手册[M]. 北京：机械工业出版社，2008.
ZHANG Yinghui. Spring manual[M]. Beijing：China Machine Press，2008.
[12] 王福天，周劲松，任利惠．用于高速车辆动态仿真的轨道谱分析[J]．铁道学报，2002，24(5)：21-27.
WANG Futian，ZHOU Jinsong，REN Lihui. Analysis on track spectrum density for dynamic simulations of high speed vehicles[J]. Journal of the China Railway Society，2002，24(5)：21-27.
[13] 孙蓓蓓，张启军，孙庆鸿，等．汽车发动机悬置系统解耦方法研究[J]. 振动工程学报，1994，7(3)：240-245．
SUN Beibei，ZHANG Qijun，SUN Qinghong，et al．Study on decoupled engine mounting system[J]．Journal of Vibration Engineering，1994，7(3)：240-245．
[14] HOLLAND J H. Adaptation in natural and artificial systems: An introductory analysis with applications to biology，control，and artificial intelligence[M]. Michigan： MIT Press，1975.
[15] GOLDBERG D E. Genetic algorithms in search，optimization，and machine learning[M]. Boston：Addison- Wesley Reading Menlo Park，1989.

车下设备偏心对高速动车组运行平稳性的影响机理研究^*

On the Influence Mechanism of the under Chassis Equipment Eccentric on the Vehicle Ride Quality of High-speed EMU Train

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	曹杰, 任尊松, 查浩, 徐宁, 杨超. 高速动车组齿轮箱轴承载荷特性研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(15): 173-184.
[2]	任君临, 李强, 任尊松, 杨广雪. 高速动车组减振器载荷特征研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(2): 169-176.
[3]	丁杰, 尹亮. 高速动车组牵引变流器的压力特性及温升计算^*[J]. 电气工程学报, 2023, 18(2): 287-294.
[4]	刘广宇, 宫岛, 周劲松, 任利惠, 王泽根, 孙维光, 唐继烈. 基于车体模态振动提取方法的高速动车组车体减振设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 239-250.
[5]	任尊松, 赵宇嘉, 李玉怡, 王斌杰, 吴养民. 高速动车组转向架牵引制动载荷及损伤特征研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(12): 151-158.
[6]	张亚禹, 孙守光, 王斌杰, 尹振坤, 李秋泽, 王文静. 高速动车组构架载荷分类验证研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(6): 156-163.
[7]	尤泰文, 周劲松, 宫岛, 施素燁. 高速动车组地板局部振动控制研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(4): 140-147.
[8]	杨广雪, 李广全, 周君锋, 冯永华. 高速动车组牵引拉杆载荷特性研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(8): 200-206.
[9]	孙刚, 任尊松, 辛欣, 魏雪. 高速动车组齿轮传动系统振动特性[J]. 机械工程学报, 2019, 55(18): 104-111.
[10]	彭来先, 韩健, 初东博, 高阳, 李志辉, 肖新标. 高速动车组垂向止挡异常振动特性及成因分析[J]. 机械工程学报, 2019, 55(12): 121-127.
[11]	刘永强, 王宝森, 杨绍普. 含外圈故障的高速列车轴承转子系统非线性动力学行为分析[J]. 机械工程学报, 2018, 54(8): 17-25.
[12]	汪群生, 曾京, 魏来, 张传英. 高速动车组车下悬挂系统两级悬挂隔振研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(8): 1-7.
[13]	王玉光, 卢纯, 赵鑫, 温泽峰, JIN Xuesong. 高速动车组车轮滚动接触疲劳观测与模拟研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(4): 150-157.
[14]	查浩, 任尊松, 徐宁. 高速动车组轴箱轴承振动特性[J]. 机械工程学报, 2018, 54(16): 144-151.
[15]	秦震, 周素霞, 孙晨龙, 陈金祥, 龙文波, 张晓军, 王成国, 罗金良. 减振器特性参数对高速动车组临界速度的影响研究^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(6): 138-144.