高速列车车下悬吊系统振动行为研究

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1、国内图书分类号：U270.1,U271.91密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学博士研究生学位论文高速列车车下悬吊系统振动行为研究年级：二〇一三级姓名：汪群生申请学位级别：博士专业：载运工具运用工程指导老师：曾京教授二零一七年九月ClassifiedIndex:U270.1,U271.91U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationStudyonVibrationBehaviorofCarbodyUnderframeSuspendedSystemsforHighSpeedTrainsGrade

2、:2013Candidate:WangQunshengAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DoctorSpeciality:VehicleOperationEngineeringSupervisor:Prof.ZengJingSeptember.2017西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要随着国民经济的迅速发展，城市之间的交流愈加频繁，传统的铁路车辆已经落后于社会和科技的发展，高速铁路的运营开通满足了人们对出行的快捷、安全和舒适的需求，成为我国经济发展的主动脉，而车体的轻量化设计准则和动力分散式的牵引方式解决了制约车辆运行速度提升的瓶颈。相比较于传统的

3、钢结构车体，采用铝合金的新型车体可以降低30%左右的重量，而动力分散式的牵引方式分散了动力车的牵引功率，降低了轴重，对提高车辆运行速度至关重要，但是也给车辆系统动力学带来了新挑战。轻量化的设计在降低车体质量的同时也降低了车体刚度，使得车体的弹性振动加剧。高速列车在采用动力分散式的牵引方式后，将牵引变压器、变流器等重量达到十吨左右的电器元件安装在车体底架上，也会进一步加剧车体的弹性振动，严重影响车辆的运行品质。鉴于此，本文以高速列车的车下悬吊系统为研究对象，以降低车体弹性振动并将设备振动抑制在合理范围内为目标，重点研究高速列车车体和车下悬吊设备的耦合振动行为。主要开展了以下研究

4、工作：（1）基于车体模态测试和车辆系统动力学台架试验，分别建立了考虑车体弹性和车下悬吊设备的车辆刚柔耦合动力学解析模型和仿真模型，给出了车下悬吊设备的最优悬挂参数；为了研究纵向冲击对车体弹性振动的影响，在解析模型中考虑了轮对和构架的纵向振动，在仿真模型中考虑了抗蛇行减振器和空气弹簧的非线性特性；最后通过台架试验结果，验证了刚柔耦合动力学模型的准确性。（2）采用车辆刚柔耦合动力学仿真模型，对比分析了车下悬吊设备的布置位置、悬挂参数和车辆系统的一系和二系悬挂参数等对车体和设备耦合振动的影响规律，为车下悬吊系统的垂向悬挂和横向悬挂参数提供依据；基于高速列车的线路跟踪试验，针对车体弹

5、性振动与转向架横向失稳的耦合振动问题，研究分析了车下悬吊设备横向悬挂参数对车体横向振动的影响，并给出横向悬挂参数的选取建议。（3）研究分析了外界激励下车体和车下悬吊系统的耦合振动关系，包括有车下旋转设备的动不平衡、非定常随机气动载荷和轨道随机不平顺，为提高车下悬吊系统的运营适应性提供依据。（4）建立了车下悬吊系统天棚阻尼控制策略和LQR控制策略的半主动控制模型，对比分析了半主动控制减振的效果，半主动控制可以有效降低车体的弹性振动，控制策略的不同控制效果不一样，为进一步降低车体弹性振动并提高旅客的乘坐舒适性提供理论支撑。（5）基于非线性的车钩缓冲器模型，建立了列车刚柔耦合动力学

6、模型，研究了在牵引制动和列车连挂救援等纵向冲击工况下车体和悬吊设备的振动行为，为车下悬吊系统的纵向悬挂设计提供依据。第II页西南交通大学博士研究生学位论文关键词：高速列车；车下悬吊系统；弹性车体；悬吊设备；车体减振；悬挂参数；耦合振动行为；半主动控制；纵向振动西南交通大学博士研究生学位论文第III页AbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,thecommunicationsbetweencitiesaremorefrequent.Whilethetraditionalrailwayhasbeenlaggedbehi

7、ndthedevelopmentofsocietyandtechnology,theopeningofthehigh-speedrailwayhasmettheneedofthepeopleforfast,safeandcomfortabletravels,andthehighspeedrailwayhasbecomethemainarteryforChina’seconomicdevelopment.Thecarbodylight-weighdesigncriterionandthepower-dis