高速列車高頻激擾振動機理及傳遞規律研究

《高速列車高頻激擾振動機理及傳遞規律研究》是依託北京交通大學，由任尊松擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速列車高頻激擾振動機理及傳遞規律研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：任尊松
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

運行速度大幅提高后，列車通過各種高頻激擾如道岔、低接頭、軌道短波不平順等的時間急劇縮短，致使列車產生激烈振動，影響列車運行安全性、舒適性和結構可靠性。運用車輛動力學理論、軌道動力學和結構振動理論，結合數值計算和數值分析技術，以系統振動能量和振動頻率為突破點，在建立高速列車-軌道系統高頻振動分析模型基礎上，本項目研究複雜高頻激擾下高速列車振動能量分布、結構頻率特徵、振動傳遞規律等，揭示系統振動能量與結構振動之間內在聯繫；研究列車運行速度與激振頻率之間關係，探討軌道短波不平順波長容許限度；研究列車高頻激振頻率特性，探討高速列車關鍵零部件結構設計合理截止頻率；最佳化系統結構和參數，提出合理的高頻激振抑制措施。本項目對提高高速列車運營安全性和乘坐舒適性、提升列車設計標準和軌道管理水平、減小系統振動和減少安全性事故等，具有良好的理論意義和工程套用價值。

結題摘要

運行速度提高后，列車對輪軌激擾的敏感性增強，輪軌激擾頻率範圍進一步增大，深入研究高速動車組振動及傳遞規律對全面認識車輛系統振動特性具有重要意義。 運用車輛動力學理論、軌道動力學和結構振動理論，結合數值計算和分析技術，本項目建立了高速列車-軌道系統高頻振動分析模型，首次將車體、構架、輪對、鋼軌、軌道板等全彈性化處理；提出了考慮三項振動加速度和速度項的新型數值積分格式，可使得計算結果更為合理準確。在此基礎上，研究了複雜高頻激擾如道岔通過、短波不平順、扁疤等工況下高速列車振動能量分布、結構頻率特徵、振動傳遞規律等，揭示了系統振動能量與結構振動之間內在聯繫；研究了列車運行速度與激振頻率之間關係，探討了軌道短波不平順波長容許限度，分析了高速列車關鍵零部件結構設計合理截止頻率。理論研究方式有兩種：其一是依據相關動力學理論建立數值仿真平台並驗證的基礎上完成研究工作；其二是結合ANSYS和SIMPACK商業軟體建立動力學模型基礎上開展研究。 理論研究結果表明，高速列車輪軸系統主振頻率一般為400～600 Hz、構架為0～50 Hz、車體主要為0～2 Hz；隨機激擾引起的振動中，輪對振動頻率範圍最寬，構架次之，車體最小；從輪軸、構架到車體這一振動傳遞過程中，車輛系統振動加速度功率譜密度和幅值一般呈兩個和一個數量級衰減趨勢；道岔通過時輪軌接觸點和輪軌力在轉轍區和心軌區有一個轉移和分配過程且由此引起的振動將傳遞至構架和車體並影響乘坐穩定性和舒適性。典型周期性激擾頻率如車輪旋轉頻率、扁疤衝擊頻率、短波不平順以及高速道岔衝擊頻率等，將通過兩級懸掛系統傳遞至車體。系統主要部件振動加速度對應的功率譜密度、頻率對應的振動和傳遞規律等與試驗研究結果基本一致。 本項目還開展了國內某型高速動車組振動及傳遞規律線路試驗研究。通過對高速車輛系統主要部件上布置加速度和空氣壓力感測器並實際線路振動測試，分析了典型工況如高速直線、低速直線、道岔通過以及氣動壓力等工況下，列車系統關鍵部件振動加速度峰值、幅值、主振頻率以及振動頻率變化、能量衰減和傳遞規律等。研究結果表明，列車運行速度越高系統振動加速度峰值越大，道岔通過可激起車輛系統振動幅值更大的振動，隧道通過氣壓變化對車體振動有明顯影響等。 本項目研究結果對認識輪軌系統缺陷特點和高速列車振動頻率及傳遞特徵等，具有良好的理論意義和工程套用價值。