摘要:作为动力学与控制学科的一个分支,车辆动力学与控制方向的研究近年来一直很受重视。轮轨式轨道车辆在基础研究、技术攻关和产品研发等领域不断取得重要进展,这得益于近20年来我国轨道交通领域的快速发展和国家科技部门的大力支持。本文从我国轮轨式轨道车辆的发展趋势、特点和运营过程中遇到的主要问题等研究角度出发,重点介绍了轨道车辆的载荷分析与减振降噪方法,轨道车辆动力学建模、计算方法和新型结构的动态设计,以及轨道车辆关键旋转部件的状态识别等三个方面的研究成果。这些成果在一定程度上反映了作者们目前所关注的问题和拟解决途径,希望能给轨道车辆动力学与控制领域的其他研究者们提供一些借鉴和参考。

摘要:随着列车速度的不断提高，轮轨与线路之间的作用力加剧，轮轴的工作状况愈加恶劣，而轮轨载荷与高速轨道交通系统的安全性和可靠性紧密相关.本文以国内某型动车组轮轨载荷为研究对象，制作了测力轮对，在大西线上完成了线路测试.对获得的轮轨力时间历程进行数据处理，并按不同速度等级、线路区段、每一趟往返等不同工况进行抽样和统计，编制64级时域载荷值谱和峰谷值谱，分析其变化趋势及原因.结果表明，轮轨垂向载荷一般为正态分布，波动中心为静轮重；横向力一般围绕零值波动.列车运行速度对轮轨垂向力和横向力波动范围影响明显，且速度越高，波动范围越大.列车上下行工况对轮轨力几乎无影响.曲线半径越小，轮轨力变化越大.车辆空载和满载状态对轮轨垂向力有影响，对横向力影响不明显.本文得出的载荷特征及影响因素为后续轮轨疲劳及动力学研究提供试验和理论基础.

摘要:介绍为了提高我国铁路对大型、重型、贵重货物的快捷高效运输能力,中车唐山机车车辆有限公司研发了转向架群配置的高速货运动车组.本文基于多体系统动力学理论,建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆系统动力学模型,确定了转向架群配置高速货运动车组车辆的非线性临界速度,研究了一系定位刚度对车辆运行非线性临界速度的影响；同时,利用建立的模型研究了一系定位刚度对车辆运行安全性指标以及平稳性指标的影响.研究结果表明,非线性临界速度随着一系纵向定位刚度的增加先增大后减小,而随着一系横向定位刚度的增加整体呈现减小趋势；车辆横向运行平稳性指标随着一系纵向定位刚度的增加有所增加,而垂向平稳性指标基本保持不变；一系横向定位刚度对车辆运行平稳性指标影响不明显.

摘要:基于多体动力学仿真软件SIMPACK,对某型采用纵向耦合边驱电机转向架的100%低地板轻轨车三模块编组建模,在MATLAB/Simulink中对其中央悬挂部件空气弹簧的主气室、节流孔、附加气室建模.对100%低地板轻轨车运行工况进行设定,通过联合仿真的方式对空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行性进行分析,得到：1)空气弹簧应用到100%低地板车上后,车辆蛇行失稳临界速度为149km/h,大于设计时速,车辆有较好的运行稳定性.2)车辆运行时,平稳性及最大加速度指标均小于2.5,车辆有较好运行平稳性.3)车辆通过小半径曲线时,轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力、轮轨横向力指标均小于评判标准限值,车辆有较好的曲线通过能力.4)空气弹簧在通过工况设定的小半径曲线时,各项性能指标均符合该型空气弹簧技术标准,空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行.

摘要:本文提出了基于构架横向振动的高速列车稳定性主动控制方法,讨论了采用惯性作动器控制构架横向振动,以及对动力转向架驱动系统采用主动弹性悬挂这两种实施方式.以车辆蛇行稳定性指标和控制力作为两个目标函数,利用遗传算法(NSGA-II)来优化控制参数和驱动系统悬挂参数.研究表明构架横向振动控制可以有效地提高转向架蛇行稳定性.同时发现当直接反馈构架状态实现构架振动控制时,控制系统时滞易导致系统失稳,因此提出一种通过反馈附加振子状态的方法来减小时滞的影响,合理的附加振子悬挂参数有利于提高车辆系统稳定性.较硬的附加振子可提高转向架控制系统的蛇行临界速度裕度,但会导致控制系统在一定的时滞内出现不稳定的现象.因此,在优化附加振子悬挂参数时,必须同时兼顾转向架蛇行稳定性和控制系统稳定性.本文对于涉及的350 km/h高速列车转向架,得出了附加振子的最佳固有频率和阻尼比.

摘要:为了改善列车高速运行时的乘坐舒适性,采用车辆二自由度模型对开关型和连续型两种控制策略进行对比分析,根据传递特性分析结果提出了混合控制策略,同时研究了调整系数对混合控制策略的影响.为进一步验证控制策略的有效性,建立了UM与Simulink联合仿真整车模型,对二系横向减振器施加此控制策略,并进行了仿真分析.结果表明：在调整系数选取适当的情况下,该控制策略可同时兼顾开关型和连续型两种控制策略的优点,降低了车体横向加速度,改善了列车的横向平稳性.

摘要:采用模态叠加法求得阻尼车轮导纳特性,利用已建立的轮轨滚动噪声预测模型,以轮轨表面粗糙度为激励,分析了辐板阻尼层与其厚度对阻尼车轮振动与声辐射特性的影响规律.首先,建立了阻尼车轮三维实体有限元模型,采用Block Lanczos方法计算车轮模态特征；其次,利用模态叠加法求得车轮在单位荷载激励下的频响函数；然后,利用虚拟激励法求得车轮在粗糙度谱激励下的频域振动特性；最后,依据车轮动态响应通过解析的方法求得车轮声辐射频域特性.计算结果表明：(1)车轮辐板敷设阻尼层对车轮1000Hz以下频率的振动与噪声的抑制作用不明显,而对车轮1600Hz以上的高频振动具有良好的抑制作用；(2)车轮辐板双侧敷设阻尼的降噪效果优于单侧阻尼；(3)阻尼层可以有效抑制车轮振动,且车轮辐板敷设阻尼层厚度越厚效果越明显.

摘要:为了改善计算效率,在非线性轨道车辆动力学仿真中引入广义多步显式积分算法.针对非线性系统将算法改造为增量格式.列车动力学模型由轨道车辆模型和钩缓装置模型等组成.采用增量格式的广义多步显式积分算法分别研究列车连挂冲击和列车中低速碰撞问题.研究结果表明：广义多步显式积分算法在测试的算例中具有良好的稳定性,其计算速度约为龙格库塔法的3.8倍.干摩擦式钩缓装置模型在过渡状态存在车钩锁死现象.由于车钩锁死列车撞击过程中会出现车体加速度的高频振荡.广义多步显式积分算法可以适用于非线性轨道车辆动力学仿真.

摘要:铁道车辆临界速度与很多参量有关，如何准确有效地建立它们之间的函数关系进行不确定性研究是一个比较复杂的问题.基于此，推导高维多阶基于正态分布场的Hermite正交多项式，采用拉丁超立方采样的配点方式建立某转向架临界速度与随机参量之间的函数关系.分析了不同变异系数下转向架悬挂系统部件左/右、前/后均服从独立正态分布时临界速度的变化规律.可靠性分析的结果表明：随着变异系数的不断增大，只有取较低的临界速度限定值，才能保证转向架系统具有低的失效概率.灵敏度分析的结果则显示：二系悬挂横向阻尼对临界速度影响最大，不同的前/后悬挂部件对临界速度有着不同的重要性影响，变异系数的变化不会根本性改变参量的灵敏度指标排序.

摘要:不同耦合方式的车轮,其车辆的导向性能有明显不同.建立传统轮对、独立旋转车轮、纵向耦合轮对和弹性阻尼耦合轮对转向架动力学模型,分析其导向机理及纵向蠕滑力的产生,通过仿真确定不同耦合方式车轮车辆的曲线通过规律.计算结果表明传统轮对能够产生同位车轮大小相等、方向相反的纵向蠕滑力且导向能力最优；独立旋转车轮不能产生纵向蠕滑力,通过曲线时只能依靠轮缘进行导向；纵向耦合轮对产生同侧前后大小相等、方向相反的纵向蠕滑力,导向能力优于独立旋转车轮；弹性阻尼耦合轮对产生的纵向蠕滑力规律与传统轮对纵向蠕滑力规律基本一致,其导向性能略差于传统轮对,优于纵向耦合轮对.

摘要:利用仿真软件UM建立了重载货车动力学模型，研究了闸瓦制动力不均衡状态下轮轨动态特性.以紧急制动工况为例，分别对一、二位轮对施加左、右轮不一致的闸瓦压力，得到了车辆直线运行时的轮对运行姿态和轮轨动态接触行为.研究结果表明，随着闸瓦压力的不均衡程度增加，轮对横移量会显著增大，并且不均衡闸瓦压力对一位轮对轮轨动态行为的影响要大于二位轮对，产生上述区别的主要原因是:蠕滑力引起的转向架总体摇头方向和受力轮对的摇头方向是否一致.进而考虑轮、瓦摩擦制动力矩的影响，发现在闸瓦压力较小时，制动力矩对轮对横移量和摇头角会产生一定影响，但就整体趋势而言，不均衡闸瓦压力的影响更为显著.

摘要:建立了考虑轮轴间隙的三大件式变轨距货车转向架动力学模型,研究车辆在准轨和宽轨线路上的动力学性能和LM踏面在不同轨距线路上的轮轨接触关系.考虑轨距为1435mm和1520mm、轨底坡为1/40和1/20、标准和打磨后的多种钢轨廓形与LM踏面匹配,发现LM踏面对两种轨底坡的兼容性较好,而踏面磨耗后对轨底坡变化较敏感；LM踏面在准轨线路上对轮轴横向间隙比较敏感,而在宽轨线路上则不存在这个问题.轮轴之间的横向和旋转间隙会导致车辆临界速度降低,建议控制间隙在0.6mm和0.5mrad以内；轮轴间隙不影响车辆运行安全性和平稳性,且在准轨和宽轨线路上的动力学指标基本无差异.变轨距车辆运行过程中,轮轨横向力和纵向蠕滑力会导致轮轴横向间隙和旋转间隙动态变化,变化量为间隙值；给出轮轴间隙与轮轨载荷的正态分布统计,发现轮轴间隙载荷与轮轨载荷相当.

摘要:安全域是一种从域的角度描述轮对轴承可安全运行区域的定性模型.然而，高速列车运行状态的样本数据通常是正常样本，故障样本的缺乏意味着只能使用正常样本进行安全域建模.支持向量数据描述是一种单分类方法，可以只利用一类样本进行建模.现有的滚动轴承安全域建模方法基本采用的是批量学习算法，而在样本数据不断增加的情况下，批量算法的效率低下.因此，本文将增量支持向量数据描述方法引入轮对轴承的故障诊断领域，提出了一种基于样本增量学习的高速列车轮对轴承安全域的建模方法.实验结果表明，相比于传统批量学习算法，本文提出的方法在轮对轴承安全域的建模中更加高效，并且分类准确率基本不受影响.

摘要:最优小波解调是一种常用的滚动轴承故障诊断方法,针对如何选择最优中心频率和带宽的问题,从故障振动信号的冲击性和循环平稳性出发,提出了一种基于负熵和多目标优化的复Morlet小波解调方法.利用遗传算法的泛优化能力,分别以窄带信号包络的负熵和包络谱的负熵设计两个目标函数,通过非支配排序和拥挤距离排序,结合选择、交叉和变异遗传操作对复Morlet小波参数进行优化,自适应地确定富含故障信息的最优共振频带进行包络解调.试验表明,该方法通过多目标优化可以统一表征轴承故障的冲击性和循环平稳性,可以准确识别轮对轴承的局部故障.

摘要:针对强背景噪声下齿轮微弱故障特征难以有效提取的问题,本文提出了一种基于自适应经验小波塔式分解的齿轮故障诊断方法.首先,在齿轮故障信号傅立叶变换基础上,通过设定分解层数对信号频谱进行有效划分,进行经验小波变换；然后进一步提出时-频峭度指标,绘制信号在不同分解层数下各分量信号的时-频峭度图,确定所感兴趣的最优共振频段范围；最终得到最优单分量信号,利用包络解调分析提取齿轮微弱故障特征.采用所提方法对齿轮故障信号进行分析,结果表明该方法可以有效提取齿轮微弱故障特征,而传统经验小波方法因为受强背景噪声影响较大,无法准确提取齿轮微弱故障特征信息.