高鐵車輛車體振動因素分析

劉霞

摘 要 關于高速鐵路應用，高速車身振動是與乘坐舒適性和結構疲勞安全性相干的重要問題。盡管橫向舒適性的影響機制十分復雜，但是垂直輪軌擾動傳遞的角度來看，軌道道路激活和二次懸架是影響高速鐵路車體振動的重要要素。為此，本文討論了在轉向架上增加雙線垂直阻尼器的必須性。經過建模仿真與實驗的對比，得出以下結論：因為德國和日本的空氣彈簧在節流阻尼成果上有不一樣的設計風格，德國空氣彈簧懸架在高速運轉時仍保持“軟懸浮”特性。

關鍵詞 高鐵車輛 空簧懸掛 轉向架 車體振動

中圖分類號：U270.1文獻標識碼：A

關于高鐵的平安經營來講，高鐵車輛車體振動是關系到乘坐舒適性和車體構造疲勞安全的重要問題。現階段高鐵應用的種種振動問題，其共同技術原因在于橫向振動耦合機制。也就是說，現有的轉向架有兩種典型配置，即EMU轉向架的原始配置和長轉向架轉向架的現場調理。

不同于快速鐵路應用，高速鐵路應用中必須強調安全冗余。因此，降低（蛇振蕩）振動質量應作為高速轉向架設計的基本原理。中國的長距離高速鐵路應用表明，高速轉向架（如ICE3系列）有自己的技術創新，以確保他們的安全冗余。尤其是對列車，線路的服務條件有其復雜性和不確定性。有必要考慮在車體上的擾動的側風的流固耦合效果，并且所造成的堤凍脹或橋墩結算長波不規則性。而雪和冰障礙物可以在高山地區的應用呈現。

為了更好地實施高速鐵路，本文進一步研討高鐵車輛橫向振動耦合機制構成的主要要素，以正確認知高速列車穩固魯棒性能，確保長大列車的持續穩定安全運行。

1車體振動分析的理論基礎

1.1隨機振動理論

近期以來，世界上許多這一范圍的科技人員在這個問題上進行了大批的研討任務并取得了非常大的進展，然而，至今的剖析辦法還有許多欠缺之處，特別是如何經過車輛構造參數的調整使振動對人的感覺得到有效的降低，更有深化研究的須要。我們首先分析隨機過程的概念及統計特性。

在車輛的動態仿真中，仿真數據的解決與測試信號的采樣一樣，對采樣數據也存在一個時域統計特色問題，這就涉及到隨機進程的統計個性。

關于每一時辰t∈T，X（t）是一隨機變量，則這樣的隨機變量族[X（t），t∈T]稱為隨機進程。假設T是離散的時間域，則X（t）是一隨機時間序列。對振動過程離散采樣時，得到的就是時間序列。

x1（t），x2（t），……，xn（t）即為隨機變量的個“樣本點”。

1.2.車輛振動的評定

（1）行車安全性，為能有效的承受所需施加制動力、加速力及車輛側向導向力，車輛與路面之間力的傳遞應盡可能保持連續不變。

（2）乘坐舒適度，或者使用頻域法，或者把人體看成成型濾波器來描述的時域法（協方差分析）。

2橫向耦合機制形成的主要因素

對于轉向架優配來講，降低輪對縱向定位剛度，動車堅固性態將要造成三次改動。也就是說，轉向架的自導向能力有所恢復。

可以看出，在抗蛇帶能量吸收機制的配合下，只要強制轉向架技術模式才能到達降低振動質量的目標，它有三個主要特征：（1）輪強制定位，可達120 mN / m的縱向定位剛度，水平12.5 mN / m的;（2）抗蛇高頻阻抗，因此必需采納新的防蛇阻尼器，一種抗蛇帶能量吸收機制技術完成;（3）最小等效的錐度不能低于0.166，否則低錐度將難以避免。

3空簧懸掛方式對車體結構振動的影響

3.1速度的影響

（1）300KMH以上，在300KMH以上運行時，車體地板振動的主要原因是由空簧動態剛度的軟硬差別造成的。

（2）300kmh以下，在300KMH以下運行時，前端地板的彈性振動迅速降低，甚至到達微乎其微的水平;然而，中間地板振動則是時有時無，在運行時呈現階垂向地板彎曲模態振動。

3.2直線運行車體地板振動對比

（1）在高速運行工況下，日系空簧懸掛（如將對地板彈性振動帶來相當有害的影響）;

（2）對于德系空賛懸掛來講，若增加外掛減振器（如也將增強端部地板振動的強度。

4結論

關于高速鐵路車輛，它具備高速輪軌擾動，轉向架懸架和車身構造設計的特殊性。因而，高速車身振動是與乘坐舒適性和疲勞安全性相干的重要問題，應予以足夠重視。經過比照分析德國空氣彈簧懸架的特點，得出德國空氣黃在運用中的優越性能。然后，將舒適性評估與四種開放懸掛方法進行比較，并獲得德國空氣彈簧。 在高速運轉下，依然能夠形成“軟懸浮”，車身垂直舒適性最佳;最后，按照剛柔性模仿和地面振動剖析，發現懸空懸架方式與車身中間樓層的振動沒有直接關系。

橫向振動耦合機制是高速鐵路車輛振動特性的根本規律。它的構成有以下兩個主要要素：輪對強迫導向定位和抗蛇高頻阻抗，這招致運動體的大阻尼特性。增強了車體對后轉向架界面的水平高頻擾動，構成了橫向振動傳遞介質;同時，這兩個要素也是降低振動質量的必須技術條件。與快速軌道使用模型不同，高速鐵路應用必需強調其安全冗余。因而，降低振動質量應該是高速轉向架設計的根本準則。

基金項目：國家重點研發計劃，2017YFB1201304-06。

參考文獻

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