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基于Newmark-β预测校正积分法的高速车辆垂向—纵向耦合振动研究侯茂锐;胡晓依;李海涛【摘要】为有效评估轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动系统的影响,以CRH2型动车组为研究对象,建立具有13个自由度的车辆垂向—纵向耦合振动数学模型,基于Newmark-β预测校正积分法,应用Matlab软件求解系统的振动响应,计算结果与传统多体动力学软件UM的相一致,验证了数学模型和求解算法的准确可靠.在此基础上,分析轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动响应的影响,提出优化措施.结果表明:速度为60和300km· h-1时轮对动平衡引起的激扰力频率与车辆自振频率接近,对应的振动频率为6和31 Hz,车辆运行平稳性降低;采用非线性纵向刚度牵引拉杆,可以有效降低由轮对动平衡引起的6和31 Hz左右的车辆振动,提高乘坐舒适性.%Taking the CRH2 EMU as the research object,a mathematical model with 13 degrees of freedom for the longitudinal-vertical coupling vibration of vehicle was established to effectively evaluate the influence of wheelset dynamic balance on the vertical and longitudinal vibration system of vehicle.Based on Newmark-β forecast-correction integral method,the vibration response of the system was solved by Matlab software.The calculation results agreed well with those obtained by traditional multi-body dynamic software UM.The accuracy and reliability of the mathematical model and the algorithm were verified.On this basis,the effects of wheelset dynamic balance on the vertical and longitudinal vibration responses of vehicle were analyzed,and the optimization measures were proposed.Results show that,when the speed is 60 and 300km · h-1,the frequency of excitation force caused by the dynamic balance of wheelset is close to the natural frequency of vehicle.The corresponding vibration frequency is 6 and 31 Hz,and the vehicle running stability decreases.The use of nonlinear longitudinal stiffness traction rod can effectively reduce vehicle vibration around 6 and 31 Hz caused by the dynamic balance of wheelset,and improve ride comfort.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】6页(P57-62)【关键词】高速车辆;牵引拉杆;轮对动平衡;转向架耦合振动;数值计算【作者】侯茂锐;胡晓依;李海涛【作者单位】中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京 100081;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京100081;中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程实验室,山东青岛266000【正文语种】中文【中图分类】U211.3轮对动平衡是重要的周期性激振源之一，当车轮高速旋转时轮对动平衡将会引起较大的轮对纵向振动，该振动首先传递至转向架构架，使其产生纵向振动，再经过牵引拉杆和抗蛇行减振器传递至车体，使其产生垂向振动。
车辆-轨道耦合动力学研究的新进展
翟婉明
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2002(023)002
【摘要】车辆-轨道耦合动力学是在传统的车辆动力学和轨道动力学基础上发展起来的一个新的学科领域,近10年来发展迅速,并取得重要进展,已形成独特的理论体系.本文首先简要回顾了车辆-轨道耦合动力学的研究历史,并对国内外研究进展作了概要介绍;在此基础上着重介绍了作者及其课题组近期开展的研究工作及主要研究结果,包括理论模型、计算机仿真、试验验证、参数确定及应用实践等方面的具体进展;最后指出了机车车辆与轨道系统动力学领域今后拟进一步研究的问题.
【总页数】14页(P1-14)
【作者】翟婉明
【作者单位】西南交通大学,列车与线路研究所,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
【相关文献】
1.机车车辆横向动力学性能仿真——车辆-轨道耦合模型与传统车辆模型的比较[J], 王开云;翟婉明;蔡成标
2.弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究 [J], 孙明昌;曾京;徐志胜
3.机车车辆-轨道耦合动力学研究取得系统性成果荣获2005年度国家科技进步一等奖 [J],
4.机车车辆-轨道耦合动力学研究及应用成果荣获国家科技进步一等奖 [J],
5.我国铁路大系统动力学研究的首部专著──评《车辆──轨道耦合动力学》 [J], 杨照久;沈志元;沈志元;沈志元;沈志元
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超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析NI Ping;XU Chaochao;HE Jun;TENG Nianguan【摘要】针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法.为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成.组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应.为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600 km/h的车辆和轨道梁的动力响应.研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2019(016)006【总页数】8页(P1361-1368)【关键词】磁悬浮;600km/h超高速;车-梁耦合振动;电磁力;PID控制器【作者】NI Ping;XU Chaochao;HE Jun;TENG Nianguan【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】U237磁悬浮列车是一种无接触的地面轨道交通系统，它以速度快、爬坡能力强、转弯半径小、经济环保等优势被认为是21世纪交通工具发展的方向[1]。
随着2016年长沙中低速磁浮快线的正式运营，我国磁浮技术实现了从研发到应用的全覆盖。
在中低速磁悬浮列车[2−4]取得可喜研究进展的同时，国家也在对时速600 km的超高速磁悬浮列车的关键技术和设备国产化实施科研攻关[5]，从而充分发挥磁悬浮列车高速运行的优势，开发超高速磁浮交通方式，拓展磁浮交通的应用领域。
随着速度的明显提高，超高速磁浮系统对轨道的振动响应有更高的要求。
近年来，国内外学者对磁悬浮车轨耦合振动进行了大量的研究。
CAI等[6]以两质量块组成二系悬挂系统及简化移动荷载−轨道梁模型，分析了弹性轨道梁与高速磁浮列车耦合振动。
高速列车轮轨耦合振动分析与控制随着交通运输的不断发展，高速列车作为一种高效、可靠、快速的交通工具，被广泛应用于各个国家和地区。
然而，高速列车在运行过程中会受到轮轨耦合振动的影响，这种振动不仅会影响列车的乘坐舒适性，还会对轨道和车辆的安全性产生潜在的威胁。
因此，对于高速列车轮轨耦合振动的分析与控制显得尤为重要。
1. 轮轨耦合振动的成因高速列车轮轨耦合振动是指列车车轮与轨道之间的相互作用所引起的振动现象。
其主要成因可以归结为以下三个方面：1.1 轨道不平顺度：轨道表面的不平顺度会导致列车发生振动，进而引起轮轨耦合振动。
1.2 轮对非线性特性：列车的车轮不会完全保持刚体运动，其横向刚度和纵向刚度的非线性特性会使轮轨耦合振动变得复杂。
1.3 运行速度频率共振：高速列车在一定速度下，容易与轨道固有频率发生共振，导致振动加剧。
2. 轮轨耦合振动的分析方法目前，对于高速列车轮轨耦合振动的分析，主要采用数值模拟和实验测试的方法。
2.1 数值模拟方法：通过建立列车运动学模型、动力学模型和轮轨接触力模型，采用数值计算的方式对列车的振动特性进行分析。
这种方法可以有效地预测列车在不同条件下的振动响应，且成本较低。
2.2 实验测试方法：通过在实际运行中对列车进行振动测试，获取振动数据，并进行分析。
这种方法可以较真实地反映列车的振动情况，但成本较高且受到现场环境的限制。
3. 轮轨耦合振动的控制方法为了减小高速列车轮轨耦合振动对乘车质量和系统安全性的影响，需要采取相应的控制措施。
3.1 引入主动控制系统：通过在列车车轮或轨道上设置传感器和执行器，对列车的振动进行实时监测和控制。
当检测到振动超过一定的阈值时，主动控制系统会自动调节轮轨间的力学参数，以减小振动的幅值和频率。
3.2 轮对减振技术：通过提高轮对的刚度和阻尼系数，减小轮对的共振响应，从而减小轮轨耦合振动。
常见的轮对减振技术包括液体减振装置和弹簧减振装置。
3.3 轨道修复和维护：及时修复和保养轨道，消除轨道的凹凸不平和其他缺陷，减小轨道对列车振动的影响。
