有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析

doi:10.3901/JME.2024.20.208

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (20): 208-216.doi: 10.3901/JME.2024.20.208

扫码分享

有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析

汪群生, 曾京, 魏来, 蒋雪松, 陈绍强

西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都 610031

收稿日期:2023-10-23 修回日期:2024-08-05 出版日期:2024-10-20 发布日期:2024-11-30
通讯作者: 汪群生,男,1990年出生,博士,助理研究员,硕士研究生导师。主要研究方向为车辆系统动力学。E-mail:wangqunsheng@126.com
作者简介:曾京,男,1964年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为车辆系统动力学。E-mail:zeng@swjtu.edu.cn;魏来,男,1989年出生,博士,助理研究员。主要研究方向为车辆系统动力学。E-mail:future@swjtu.edu.cn;蒋雪松,男,1997年出生,硕士研究生。主要研究方向为车辆系统动力学。E-mail:2541518592@qq.com;陈绍强,男,1999年出生,硕士研究生。主要研究方向为车辆系统动力学。E-mail:csq_2021@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52102441，U2034210);四川省自然科学基金(2022 NSFSC1886)和牵引动力国家重点实验室自主课题(2022TPL-T10)资助项目。

Analysis on Carbody Vertical Abnormal Vibration Characteristics and Causes of Light Rail Transit

WANG Qunsheng, ZENG Jing, WEI Lai, JIANG Xuesong, CHEN Shaoqiang

State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031

Received:2023-10-23 Revised:2024-08-05 Online:2024-10-20 Published:2024-11-30

摘要/Abstract

摘要： 有轨电车在运营过程中出现车体垂向异常振动现象，严重影响旅客乘坐舒适性，针对该问题通过线路测试、理论分析和仿真再现等途径，研究有轨电车车体垂向振动特性，并阐明异常振动的形成原因。研究结果表明，车体垂向振动主频7.5 Hz是造成有轨电车平稳性指标恶化的主要原因，列车呈现为中间拖车上下浮沉运动、相邻车反向点头的模态振型；弹性铰纵向刚度对车体点头频率影响明显，转向架二系垂向刚度和车体重心纵向偏移的影响较小，初步成因判断是车铰刚度实际刚度过小；实测的弹性铰纵向刚度为11.87 MN/m，远小于设计值，基于实测数据的仿真模型再现了车体垂向异常振动现象，验证了弹性铰纵向刚度过小是导致有轨电车异常振动的根本原因。相关研究为有轨电车异常振动问题的解决和性能提升提供技术支撑。

关键词: 有轨电车, 异常振动, 列车模态振型, 试验研究, 成因分析

Abstract: Carbody vertical abnormal vibration of light rail transit during operation seriously impact the passengers’ ride comfort. To address this issue, carbody vertical vibration characteristics of light rail transit is studied through field test, theoretical analysis and simulation reproduction and the causes of abnormal vibration are clarified. The results show that the carbody vertical vibration frequency with 7.5 Hz is the main reason for the deterioration of the light rail transit ride comfort. The trailer of the light rail transit exhibits a vibration mode of floating up and down, while the adjacent vehicles pitch in the opposite direction. The frequency of carbody pitching motion is significantly affected by the longitudinal stiffness of the elastic articulation, while the secondary vertical stiffness of the bogie and the longitudinal deviation from carbody gravity to the bogie have a minor impact. The insufficient stiffness of the elastic articulation is the preliminary cause, with a measured hinge stiffness of 11.87 MN/m, which is far below the design value. A simulation model based on the measured data reproduces the carbody abnormal vibration and confirms that the insufficient longitudinal stiffness of the elastic articulation is the root cause. This relevant research provides technical support for addressing abnormal vibration problems and enhancing the performance of light rail transit.

Key words: light rail transit, abnormal vibration, vibration mode, field test, cause analysis

中图分类号:

U270

汪群生, 曾京, 魏来, 蒋雪松, 陈绍强. 有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(20): 208-216.

WANG Qunsheng, ZENG Jing, WEI Lai, JIANG Xuesong, CHEN Shaoqiang. Analysis on Carbody Vertical Abnormal Vibration Characteristics and Causes of Light Rail Transit[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(20): 208-216.

参考文献

[1] ZSKERI J A，ESMAEILI M H，MAZRAEH A，et al. Impact of heavy urban rail vehicles running over light rail turnouts[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2020，235(3)：300-312.
[2] 李明，戴焕云，丁磊. 70%低地板轻轨车建模及动力学分析[J]. 交通运输工程学报，2004，4(2)：49-52. LI Ming，DAI Huanyun，DING Lei. Modeling and dynamics analysis of 70% low-floor light rail vehicles[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering，2004， 4(2)：49-52.
[3] 汪群生，曾京，朱彬，等. 基于最优控制理论的高速列车车下悬吊系统半主动悬挂[J]. 机械工程学报，2020，56(4)：160-167. WANG Qunsheng，ZENG Jing，ZHU Bin，et al. Semi-active suspension applied on carbody underneath suspended system of high-speed railway based on optimal control theory[J]. Journal of Mechanical Engineering，2020，56(4)：160-167.
[4] FIONA F，RICHARD K. City boosterism and place- making with light rail transit：A critical review of light rail impacts on city image and quality[J]. Geoforum，2017，80：103-113.
[5] 任德祥，陶功权，李伟，等. 基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析[J]. 机械工程学报，2022，58(10)：191-199. REN Dexiang，TAO Gongquan，LI Wei，et al. Investigation on abnormal wear of metro wheels through simulations of wheel/rail profile matching[J]. Journal of Mechanical Engineering，2022，58(10)：191-199.
[6] 谢铠泽，赵佳，赵维刚，等. 现代有轨电车小半径曲线桥桥墩横向刚度研究[J]. 工程力学，2023，40(2)：168-178. XIE Kaize，ZHAO Jia，ZHAO Weigang，et al. Research on lateral rigidity of sharply curved bridge pier in modern tram line[J]. Engineering Mechanics，2023，40(2)：168-178.
[7] 黄有培，季元进，宫岛，等. 液压防折弯系统对有轨电车曲线通过性能影响研究[J]. 机械工程学报，2019，55(24)：162-171. HUANG Youpei，JI Yuanjin，GONG Dao，et al. Influence of hydraulic anti-kink system on curving performance of tram[J]. Journal of Mechanical Engineering，2019，55(24)：162-171.
[8] SHI Y，WANG Q，DAI H，et al. Research about carbody abnormal vibration of light rail transit based on suspension failure[J]. Engineering Failure Analysis，2021，127：105513.
[9] 孙煜，宫岛，周劲松，等. 低地板有轨电车准零刚度二系悬挂系统研究[J]. 机械工程学报，2017，53(8)：132-137. SUN Yu，GONG Dao，ZHOU Jinsong，et al. Study on second quasi-zero-stiffness suspension of low-floor tramcar[J]. Journal of Mechanical Engineering，2017，53(8)：132-137.
[10] SHIRH N C，LIN C L，LIN Y C，et al. Optimal design for passive suspension of a light rail vehicle using constrained multiobjective evolutionary search[J]. Journal of Sound and Vibration，2005，285(1-2)：407-424.
[11] 周橙，池茂儒，梁树林，等. 城市轻轨车辆带摇枕转向架的结构方案设计和动力学性能[J]. 机械工程学报，2019，55(14)：88-95. ZHOU Cheng，CHI Maoru，LIANG Shulin，et al. Structural design and dynamcis performance urban light rail transit bogies with bolster[J]. Journal of Mechanical Engineering，2019，55(14)：88-95.
[12] WANG Q，ZENG J，WEI L，et al. Reduction of vertical abnormal vibration in carbodies of low-floor railway trains by using a dynamic vibration absorber[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2018，232(5)：1437-1447.
[13] WANG Q，ZENG J，WEI L，et al. Experimental and numerical investigation on multi-module coupling vibration performance of light rail vehicle[J]. Journal of Vibration Engineering and Technologies，2024，12：745-756.
[14] LING L，HAN J，XIAO X，et al. Dynamic behavior of an embedded rail track coupled with a tram vehicle[J]. Journal of Vibration and Control，2017，23(14)：2355-2372.
[15] 赵悦，王瑞乾，李牧皛，等. 有轨电车-嵌入式轨道曲线啸叫噪声时域建模分析[J]. 机械工程学报，2021，57(2)：158-168. ZHAO Yue，WANG Runqian，LI Muxiao，et al. Time-domain modeling and analysis of curve squeal noise caused by tram and embedded rail track[J]. Journal of Mechanical Engineering，2021，57(2)：158-168.
[16] 汪群生. 高速列车车下悬吊系统振动行为研究[D]. 成都：西南交通大学，2018. WANG Qunsheng. Study on vibration behavior of carbody underframe suspended systems for high speed trains[D]. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2018.

有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析

Analysis on Carbody Vertical Abnormal Vibration Characteristics and Causes of Light Rail Transit

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]	郭欣茹, 杨云帆, 王超, 凌亮, 王开云, 翟婉明. 制动工况下多边形车轮对轮轨动态相互作用影响研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 196-203.
[2]	何远鹏, 韩健, 陈鹏, 董博南, 肖新标, 圣小珍. 嵌入式轨道与扣件轨道曲线啸叫噪声试验分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(6): 194-203.
[3]	高锋阳, 张浩然, 王文祥, 李明明. 规则控制与行驶工况相结合的现代有轨电车能量管理策略[J]. 机械工程学报, 2023, 59(4): 221-231.
[4]	张峻瑞, 张军, 马贺, 窦蕴平. 轮对通过磨耗后固定辙叉的试验研究及接触分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 304-311.
[5]	黄尊地, 常宁. 基于非定常气动特性的高架动车组振动特性试验研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 233-242.
[6]	张晗, 杨继斌, 张继业, 徐晓惠. 燃料电池有轨电车能量管理与速度曲线协同优化[J]. 机械工程学报, 2022, 58(10): 169-179.
[7]	王东伟, 刘明星, 吴霄, 钱韦吉. 压电式摩擦振动能量收集的试验研究与仿真分析[J]. 机械工程学报, 2021, 57(9): 89-98.
[8]	杨云帆, 刘志强, 高贤波, 凌亮, 王开云, 翟婉明. 电力机车车轮非圆化磨耗特征及其对轮轨动态冲击作用影响分析[J]. 机械工程学报, 2021, 57(4): 130-139.
[9]	赵悦, 王瑞乾, 李牧皛, 金学松. 有轨电车-嵌入式轨道曲线啸叫噪声时域建模分析[J]. 机械工程学报, 2021, 57(2): 158-168.
[10]	鲁军, 李园君, 常强. MSMA传感器的优化设计及试验特性研究 ^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 42-47.
[11]	杨继斌, 徐晓惠, 彭忆强, 张继业, 宋鹏云. 基于NSGA-Ⅱ算法的储能式有轨电车复合电源参数优化设计[J]. 机械工程学报, 2020, 56(24): 181-189.
[12]	徐丰羽, 蒋全胜, 江丰友, 申景金, 王兴松, 蒋国平. 基于堵塞原理的变刚度软体机器人设计与试验[J]. 机械工程学报, 2020, 56(23): 67-77.
[13]	黄有培, 季元进, 宫岛, 冷涵, 任利惠, 李晶. 液压防折弯系统对有轨电车曲线通过性能影响研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(24): 162-171.
[14]	太兴宇, 杨树华, 马辉, 张勇, 褚福磊. 叶尖碰摩诱发的转子系统振动响应数值分析与试验研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(19): 112-120.
[15]	李晖, 常永乐, 张体南, 徐忠浩, 闻邦椿. 基于激光扫描法的纤维增强复合薄板损伤定位研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(18): 8-14.