劉霞

摘 要 關(guān)于高速鐵路應(yīng)用，高速車(chē)身振動(dòng)是與乘坐舒適性和結(jié)構(gòu)疲勞安全性相干的重要問(wèn)題。盡管橫向舒適性的影響機(jī)制十分復(fù)雜，但是垂直輪軌擾動(dòng)傳遞的角度來(lái)看，軌道道路激活和二次懸架是影響高速鐵路車(chē)體振動(dòng)的重要要素。為此，本文討論了在轉(zhuǎn)向架上增加雙線垂直阻尼器的必須性。經(jīng)過(guò)建模仿真與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，得出以下結(jié)論：因?yàn)榈聡?guó)和日本的空氣彈簧在節(jié)流阻尼成果上有不一樣的設(shè)計(jì)風(fēng)格，德國(guó)空氣彈簧懸架在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍保持“軟懸浮”特性。

關(guān)鍵詞 高鐵車(chē)輛 空簧懸掛 轉(zhuǎn)向架 車(chē)體振動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U270.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

關(guān)于高鐵的平安經(jīng)營(yíng)來(lái)講，高鐵車(chē)輛車(chē)體振動(dòng)是關(guān)系到乘坐舒適性和車(chē)體構(gòu)造疲勞安全的重要問(wèn)題?，F(xiàn)階段高鐵應(yīng)用的種種振動(dòng)問(wèn)題，其共同技術(shù)原因在于橫向振動(dòng)耦合機(jī)制。也就是說(shuō)，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向架有兩種典型配置，即EMU轉(zhuǎn)向架的原始配置和長(zhǎng)轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)理。

不同于快速鐵路應(yīng)用，高速鐵路應(yīng)用中必須強(qiáng)調(diào)安全冗余。因此，降低（蛇振蕩）振動(dòng)質(zhì)量應(yīng)作為高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的基本原理。中國(guó)的長(zhǎng)距離高速鐵路應(yīng)用表明，高速轉(zhuǎn)向架（如ICE3系列）有自己的技術(shù)創(chuàng)新，以確保他們的安全冗余。尤其是對(duì)列車(chē)，線路的服務(wù)條件有其復(fù)雜性和不確定性。有必要考慮在車(chē)體上的擾動(dòng)的側(cè)風(fēng)的流固耦合效果，并且所造成的堤凍脹或橋墩結(jié)算長(zhǎng)波不規(guī)則性。而雪和冰障礙物可以在高山地區(qū)的應(yīng)用呈現(xiàn)。

為了更好地實(shí)施高速鐵路，本文進(jìn)一步研討高鐵車(chē)輛橫向振動(dòng)耦合機(jī)制構(gòu)成的主要要素，以正確認(rèn)知高速列車(chē)穩(wěn)固魯棒性能，確保長(zhǎng)大列車(chē)的持續(xù)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

1車(chē)體振動(dòng)分析的理論基礎(chǔ)

1.1隨機(jī)振動(dòng)理論

近期以來(lái)，世界上許多這一范圍的科技人員在這個(gè)問(wèn)題上進(jìn)行了大批的研討任務(wù)并取得了非常大的進(jìn)展，然而，至今的剖析辦法還有許多欠缺之處，特別是如何經(jīng)過(guò)車(chē)輛構(gòu)造參數(shù)的調(diào)整使振動(dòng)對(duì)人的感覺(jué)得到有效的降低，更有深化研究的須要。我們首先分析隨機(jī)過(guò)程的概念及統(tǒng)計(jì)特性。

在車(chē)輛的動(dòng)態(tài)仿真中，仿真數(shù)據(jù)的解決與測(cè)試信號(hào)的采樣一樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)也存在一個(gè)時(shí)域統(tǒng)計(jì)特色問(wèn)題，這就涉及到隨機(jī)進(jìn)程的統(tǒng)計(jì)個(gè)性。

關(guān)于每一時(shí)辰t∈T，X（t）是一隨機(jī)變量，則這樣的隨機(jī)變量族[X（t），t∈T]稱為隨機(jī)進(jìn)程。假設(shè)T是離散的時(shí)間域，則X（t）是一隨機(jī)時(shí)間序列。對(duì)振動(dòng)過(guò)程離散采樣時(shí)，得到的就是時(shí)間序列。

x1（t），x2（t），……，xn（t）即為隨機(jī)變量的個(gè)“樣本點(diǎn)”。

1.2.車(chē)輛振動(dòng)的評(píng)定

（1）行車(chē)安全性，為能有效的承受所需施加制動(dòng)力、加速力及車(chē)輛側(cè)向?qū)蛄?，?chē)輛與路面之間力的傳遞應(yīng)盡可能保持連續(xù)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(lái)描述的時(shí)域法（協(xié)方差分析）。

2橫向耦合機(jī)制形成的主要因素

對(duì)于轉(zhuǎn)向架優(yōu)配來(lái)講，降低輪對(duì)縱向定位剛度，動(dòng)車(chē)堅(jiān)固性態(tài)將要造成三次改動(dòng)。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)向架的自導(dǎo)向能力有所恢復(fù)。

可以看出，在抗蛇帶能量吸收機(jī)制的配合下，只要強(qiáng)制轉(zhuǎn)向架技術(shù)模式才能到達(dá)降低振動(dòng)質(zhì)量的目標(biāo)，它有三個(gè)主要特征：（1）輪強(qiáng)制定位，可達(dá)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(jī)制技術(shù)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(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響

3.1速度的影響

（1）300KMH以上，在300KMH以上運(yùn)行時(shí)，車(chē)體地板振動(dòng)的主要原因是由空簧動(dòng)態(tài)剛度的軟硬差別造成的。

（2）300kmh以下，在300KMH以下運(yùn)行時(shí)，前端地板的彈性振動(dòng)迅速降低，甚至到達(dá)微乎其微的水平;然而，中間地板振動(dòng)則是時(shí)有時(shí)無(wú)，在運(yùn)行時(shí)呈現(xiàn)階垂向地板彎曲模態(tài)振動(dòng)。

3.2直線運(yùn)行車(chē)體地板振動(dòng)對(duì)比

（1）在高速運(yùn)行工況下，日系空簧懸掛（如將對(duì)地板彈性振動(dòng)帶來(lái)相當(dāng)有害的影響）;

（2）對(duì)于德系空賛懸掛來(lái)講，若增加外掛減振器（如也將增強(qiáng)端部地板振動(dòng)的強(qiáng)度。

4結(jié)論

關(guān)于高速鐵路車(chē)輛，它具備高速輪軌擾動(dòng)，轉(zhuǎn)向架懸架和車(chē)身構(gòu)造設(shè)計(jì)的特殊性。因而，高速車(chē)身振動(dòng)是與乘坐舒適性和疲勞安全性相干的重要問(wèn)題，應(yīng)予以足夠重視。經(jīng)過(guò)比照分析德國(guó)空氣彈簧懸架的特點(diǎn)，得出德國(guó)空氣黃在運(yùn)用中的優(yōu)越性能。然后，將舒適性評(píng)估與四種開(kāi)放懸掛方法進(jìn)行比較，并獲得德國(guó)空氣彈簧。 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，依然能夠形成“軟懸浮”，車(chē)身垂直舒適性最佳;最后，按照剛?cè)嵝阅７潞偷孛嬲駝?dòng)剖析，發(fā)現(xiàn)懸空懸架方式與車(chē)身中間樓層的振動(dòng)沒(méi)有直接關(guān)系。

橫向振動(dòng)耦合機(jī)制是高速鐵路車(chē)輛振動(dòng)特性的根本規(guī)律。它的構(gòu)成有以下兩個(gè)主要要素：輪對(duì)強(qiáng)迫導(dǎo)向定位和抗蛇高頻阻抗，這招致運(yùn)動(dòng)體的大阻尼特性。增強(qiáng)了車(chē)體對(duì)后轉(zhuǎn)向架界面的水平高頻擾動(dòng)，構(gòu)成了橫向振動(dòng)傳遞介質(zhì);同時(shí)，這兩個(gè)要素也是降低振動(dòng)質(zhì)量的必須技術(shù)條件。與快速軌道使用模型不同，高速鐵路應(yīng)用必需強(qiáng)調(diào)其安全冗余。因而，降低振動(dòng)質(zhì)量應(yīng)該是高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的根本準(zhǔn)則。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，2017YFB1201304-06。

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