高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究.docx

文档介绍：该【高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究 】是由【科技星球】上传分享，文档一共【29】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究
 
 
徐 宁，任尊松，薛 蕊
(北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京 100044)
我国高速列车设计速度已经达到350 km/h，综合考虑安全性和经济性等诸多因素，运营速度也保持在300 km/h上下。速度的大幅提升，轨道不平顺、轮对自身不圆顺、道岔、低接头等各种外部激扰致使车辆产生更为强烈的振动，具体表现为车辆-轨道系统轮轨相互作用加剧、构架激振失稳、蛇行、车体平稳性下降等，影响车辆运行安全性和乘坐舒适性。另外，由于高速动车组系统某些关键部件的主振频率涵盖了其低阶弹性振动频率，可能产生结构振动问题。因此，需要对轮对、构架以及车体在运动过程中是否发生弹性振动及其振动幅度展开分析[1]。此外，各种轮轨界面间不平顺激励，会经过轴箱悬挂系统和制动、牵引系统传递至构架，进而由二系悬挂系统上传至车体。在传递过程中，振动能量大小以及不同传递路径传递率的变化形式，需要进行深入研究。
近年来，国内外研究人员逐渐开展了对车辆频域传递特性的研究。文献[2-3]研究了简单车辆系统垂向和横向模型的振动传递和频率特性。文献[4-5]对车辆-轨道耦合系统随机振动进行了数值求解分析，得到随机振动的基本规律和响应频谱。文献[6]基于Timoshenko梁模型对车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析，计算了钢轨位移点导纳与传递导纳。文献[7]对车辆-轨道系统建模，研究了低频振动规律。文献[8]研究了车辆-轨道系统50～500 Hz中频范围内的振动特性。文献[9]在建立弹性车轮模型基础上，研究了轮轨系统高频振动和乘坐舒适性。这些研究大多是以车辆-轨道系统动力学模型为基础，以轮轨间不同形式的激励为输入，分析不同频率范围的振动产生的主要原因和响应量值范围，对列车系统振动及传递规律试验研究却比较少见。文献[10-11]着重从试验测试方面分析了由列车引起的周围基础振动问题，并给出响应的主振频率。文献[12]以测试数据为基础，通过对比多种时频分析方法的优缺点，总结出了较好的时频分析方法。文献[13]提出了车辆加速度响应分析的速度-频域分析方法。这些测试研究为理论研究和数值仿真提供了数据支撑，并在一定程度上反映出线路基础及列车的振动特性，但仍不能较为完整、全面地反映其振动特点和传递规律。
鉴于此，本文基于高速动车组轴箱、构架及车体等关键部位振动加速度测试信号，较为详细地研究了车辆部件振动加速度的统计特征、加速度幅值-频次关系等时域特性，运行速度与主振频率关系，典型冲击激励下轴箱加速度时频响应特性。并分析了加速、匀速和减速等不同工况下主要部件间振动幅频传递特征。期望从诸多时频域特性中，更加完整真实地揭示高速列车在运用过程中的
振动特点，为高速动车组合理运用和设计以及仿真和理论研究提供一些有价值的参考。
1 加速度测点位置、采样频率及量程
为获得不同工况下的振动特征和较为全面地了解车辆部件间的传递特性，以某型动车组列车其中一节动车为研究对象，并于轮对与构架及构架与车体间的多条传递路径上充分布置加速度传感器。同时，为保证测试信号精度并尽可能涵盖高速列车系统主振频率，合理地选择了各测点的采样频率及加速度计量程，见表1。图1为部分加速度测点位置。
表1 各测点布置位置、采样频率及加速度计量程
图1 部分加速度测点的位置
2 测点加速度的时域特征及统计特点
测点垂、横向加速度历程及数值范围
2016年1月27日至31日间进行车辆测试，测试线路为武广客运专线，选取广州南到长沙南一个往返的测试数据，车辆在正线上的最高稳定运行速度为295 km/h。
对测试信号经过去零漂、消除工频干扰以及去除信号噪声毛刺等流程后，获得车辆各部件的加速度时间-历程，如图2～图5所示。
图2 车体左侧空簧座加速度-时间历程
(a)广州—长沙垂向
(b)广州—长沙横向图3 构架空簧座加速度-时间历程
图4 构架钢簧帽筒加速度-时间历程
(a)广州—长沙垂向
(b)广州—长沙横向图5 一轴一位轴箱加速度-时间历程
图3和图5中横向和垂向加速度的数值范围较为接近，采用上、下两个子图进行表示。
由图2～图5可见，车体空簧座垂向加速度的主要范围在±，横向加速度主要范围在±。构架空簧座垂度的主要范围在±5g之间，横向加速度在±；构架弹簧帽筒处垂向加速度主要范围在±10g之间，横向加速度的主要范围在±。轴箱垂向加速度的变化范围在±18g之间，横向加速度的变化范围在±13g之间。其中，车体和构架钢簧帽筒的垂向
和横向加速度在数值范围上相差接近2倍，而构架空簧座和轴箱的垂向和横向加速度的数值范围更为接近，～。
测点加速度-时间历程的统计特征
为比较振动响应在时域上的衰减特点，表2给出了一系和二系连接位置处加速度的极值和均方根等统计特征。表2中“上”和“下”分别代表上行和下行方向的数据结果。
表2 一、二系连接位置处各加速度测点时间-历程统计特征
从整体上看，对于能够反映振动能量大小的峰值和均方根值等特征参数，二系连接处均小于一系连接处，悬挂上部均明显小于悬挂下部，这说明各系悬挂有较为明显的缓冲和衰减作用。构架空簧座和钢簧帽筒的加速度量值存在较大差距，尤以垂向更为明显，这可能与构架的点头运动和弹性振动有较大关系。从峰值上看，二系连接处测点垂向和横向加速度最大值与最小值的绝对值几乎相
等，而一系连接部测点峰、谷绝对值大小差异相对较大。从均方根值上看，各系连接处，垂向测点均大于横向测点，，且上、下行之间相差较小，一系连接处测点的均方根几乎小于2g且上、下行之间相差较大，这种差异在轴箱垂向加速度上最为突出。
由图6～图9可见，上、下行的幅值-频次曲线差别较小，其中车体幅值-频次曲线重叠度最高。除了出现次数小于30的较大加速度幅值以外，各部件加速度幅值与出现次数在单对数坐标系下均呈现比较明显的函数关系。出现次数较少且量值较大的加速度幅值很可能是由道岔、钢轨接头等不良线路条件下引起的响应。幅值相对较小且出现次数较多的加速度幅值可能与轨道不平顺及轮对不圆顺所引起的振动响应相对应，呈现出较强的统计规律性。通过采取多项式曲线拟合的方式，得到了各部件间幅值-频次的函数关系以及适用范围，列于表3。依照表3中的函数关系，在图6～图9绘制出相应的拟合线。
图6 车体左侧空簧座加速度幅值-频次图