高铁车辆车下(设备)质量弹性吊悬参数优化及动荷特征

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轮轨激扰作用、高速转向架悬挂高频阻抗作用及车体结构特点,成为影响其柔性车体及乍下质量振动的3大关键因素。对于高铁车辆来讲,车体对走行部的接口上增添了新的影响因素,如日系车辆二系悬挂采用日系空簧,从而带来空簧热力学非线性影响,形成了垂向振动传递机制;而欧系车辆,ICE3系列转向架5项技术创新在于如何实现抗蛇行频带吸能机制,以集中解决转向架不稳定问题,因而抗蛇行高阻抗作用成为了车体对于走行新的影响因素,进而形成了车体横向振动耦合机制。根据高铁车辆垂向振动传递机制的特殊性及欧系车辆转向架技术创新特点,本文运用橡胶吊挂“浮板效应”来解决乍体横向振动问题,并提出了一种基于刚柔耦合仿真技术的柔性车体验证及车下质量橡胶吊挂优化设计方法。柔性车体垂向加速度响应频带增宽是日系车辆提速300km/h运行的共性问题之而日系空簧“硬悬挂”则是其关键因素。轨道小缺陷造成了转向架构架强迫振动响应,进而暴露了铝合金车体“无骨架无纵梁”结构弱点,并造成车下质量共振及其安装吊架疲劳开裂。对于欧系车辆采用德系空簧“软悬挂”,则不存在车体垂向振动问题。在车下质量有源振动激扰下,柔性车体验证表明:车体地板具有“两端大中间小”振动特征。以地板舒适性评估,所允许的有源激扰强度很低,如舒适性优良,其有源激扰强度仅相当于冷却风扇。因此,车体轻量化设计应重视如下3个细节问题:地板振动敏感部位、橡胶吊挂约束阻尼作用、地板舒适性评价。横向振动耦合机制是指以二系横向悬挂构成车体对走行部接口传递媒介的横向高频振动耦合机制,且具有抗蛇行高频阻抗、车体摇头大阻尼及铝合金车体结构弱点3大特殊性。在整车装备下,车体下部1阶横向弯曲模态频率仅为14.2Hz,其模态振动将对车体技术服役寿命30年造成十分严重的负面影响。对于车下质量橡胶吊挂来讲,比例阻尼是抑制车下质量横向振动的积极因素之一,且对车体中部地板横向加速度则具有极值特征,即比例阻尼取0.5%时,其全频域(RMS)3σ最小。由此可见,车下质量橡胶吊挂主要是解决车体横向振动问题的,而非通常意义下的垂向振动吊挂。同时也应注意到上述橡胶吊挂减振技术的局限性:即在走行部非常工况下,较大的车下质量存在横向耦合振动的可能性,进而造成自重楔紧失效;若橡胶吊挂阻尼过大,如比例阻尼3%,铝合金车体横向激扰能量难以释放,则将出现车上横向振动大于车下的反常现象。
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