基于振动传递特性分析的快捷重载货车振动和控制研究

摘要

为满足中国经济建设的要求，铁路货车正朝着快捷化和重载化的方向发展，运行速度的不断提高、结构设计轻量化以及货运量的增加导致的振动问题也越来越受到关注。货车行驶速度的增加导致轮轨激振频率整体提升，振动高频成分传递到车体之中，可能激发车辆的弹性振动；车辆结构轻量化设计会降低结构刚度，导致系统容易发生弹性振动；重载会使得车辆在装载货物后固有频率发生改变，且车厢与货物之间的耦合作用会导致车辆振动模态混淆的现象。因此需要在考虑结构弹性特性的基础上开展对整车振动和控制的研究。 本文基于振动传递特性理论指导车辆系统结构参数的改进和优化，主要工作内容包括以下三个方面：(1)基于刚柔耦合多体动力学理论建立重载货车刚柔耦合动力学模型；(2)通过时域积分法得出车辆在行驶过程中的振动特征和传递特性，确定影响车辆系统振动的主要因素；(3)根据车辆系统振动传递特性重新设计减振系统，根据铁路车辆振动标准评估减振措施的效果。 研究表明，刚柔耦合动力学模型能够比较精确地反应系统的实际振动特征。在高速运行的情况下，侧架和车厢均发生一定程度的弹性共振，侧架在垂向运动中存在剧烈的垂向弯曲共振，且侧架的垂向弹性共振导致振动在从下至上的传递过程中被放大；在垂向运动上车厢存在一定程度的一阶垂向弯曲振动，车厢侧墙也存在横向呼吸振动现象。基于上述振动传递特性分析结论，设计新型轮对系统和车厢TMD调频质量阻尼器两种振动控制结构。对比新旧两种系统的仿真计算结果，可以看到新型轮对定位系统使得轮对和侧架振动幅度明显衰减，能够有效降低侧架的垂向弹性共振和横向刚体共振，并能够在一定程度上降低轮轨之间的垂向力和横向力；TMD调频质量阻尼器除能够有效降低车厢垂向浮沉振动外，也能在一定程度上降低一阶弹性垂弯共振。本文提出的两种改进的结构设计方法可以为快捷重载货车的振动控制提供技术支持和应用参考。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.2国内外现状分析

1.2.1考虑车辆构件弹性特性的研究现状

1.2.2列车振动传递特性的研究现状

1.3本文研究内容

第二章 多体动力学建模理论

2.1多刚体系统动力学

2.1.3凯恩法

2.2.1模态叠加法

2.2.2结合有限元的多体系统动力学

2.3.1Simpack 软件介绍

2.3.2有限元多体系统 (FEMBS)

2.4本章小结

第三章 货车有限元建模及动力学建模

3.1.2转向架、轮对结构特点

3.2有限元建模及模态分析结果

3.2.2车辆构件有限元建模

3.2.3车厢、侧架和摇枕的模态结果

3.3子结构分析

3.4C70E 敞车模型非线性特征

3.4.3悬挂参数非线性

3.4.4轨道不平顺

3.5 C70E敞车动力学模型的建立

第四章 货车动力学特性分析

4.1车辆系统振动模态分析

4.2车辆系统振动响应分析

4.2.2频域特性

4.3车辆系统振动频响分析

4.3.1一系悬架到侧架频响分析

4.3.2侧架到心盘频响分析

4.3.3心盘到车厢频响分析

4.4本章小结

第五章 车辆系统振动控制

5.1新型轮对定位系统

5.2TMD 垂向车厢减振器

5.3曲线通过性能

5.3.2车辆动态曲线通过性能

5.4本章小结

第六章 总 结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢