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原文传递编组站减速器制动噪声产生机理研究

论文题名：	编组站减速器制动噪声产生机理研究
关键词：	驼峰;车辆减速器;制动噪声;有限元分析;模态耦合;铁路货运
摘要：	铁路货运在我国的物流网络中占据了相当一部分的权重，遍布在铁路网络重要节点的编组站承担着将货运车辆高效编组以提高铁路货运效率的重要使命，编组站中一处重要的设施便是驼峰。自动化驼峰的使用使得解编列车的能力有了显著提高，但是驼峰处始终有一个让人们很困扰的问题，那便是噪声问题。列车在峰顶平台解编之后下溜，由于重力加速度的作用，车辆下溜速度会不断增大。快速下溜可以提高解编效率，但是为了车辆能够达到安全速度实现自动连接，又需要车辆减速器对车辆进行减速，在减速器制动过程中会发出尖锐的高频尖叫噪声，不仅对人员产生身体和心理的双重伤害，而且对工作生活环境造成了严重的物理性污染。　　为了研究编组站车辆减速器对下溜车列进行制动时发出的高频尖叫噪声问题，利用有限元分析法作为工具，建立车辆减速器的有限元模型，采用复特征值分析法对制动系统的振动模态耦合情况进行了分析，判断不同的参数对于系统产生制动噪声的影响，分析车辆减速器产生制动噪声的机理，并提出了有针对性的降噪措施。文章主要进行了如下工作：　　（1）分析车辆减速器的结构、工作原理以及制动力来源，通过数学方法计算车辆轴重与车轮所受侧向力之间的数学关系。总结不同的摩擦制动噪声产生机理，分析不同机理的基本原理以及适用范围。通过动力学理论对车辆减速器制动系统进行建模，建立货车车轮与减速器制动轨之间相互作用的动力学方程和边界条件，分析解的不同情况所代表的含义；　　（2）利用SolidWorks软件建立车辆减速器主要部件的三维模型，导入有限元分析软件ABAQUS中进行属性定义、装配、边界条件定义、施加载荷、网格划分等操作，建立制动系统的初始有限元模型；　　（3）在有限元软件中计算初始有限元模型的固有频率，之后利用子空间投影法提取其复特征值和模态，基于复特征值分析法研究初始模型中可能产生高频尖叫噪声的振动模态；　　（4）利用快速傅里叶变换对现场实测制动噪声数据进行处理，识别出噪声的主振频率。将实测噪声频率与初始模型的仿真频率进行误差比对，验证模型的有效性；　　（5）对初始模型进行调整，分别针对车轮与制动轨轨面间的摩擦系数、制动轨对车轮的侧向作用力、车辆制动时的初始速度、车轮在减速器上的不同位置以及制动轨的弹性模量五个参数，建立这些参数在不同情况下的有限元模型，研究不同参数的改变对于制动尖叫噪声的影响；　　（6）由于车轮处于不同位置时表现出不同的噪声特性，因此对制动轨的长度和节距进行了优化仿真，建立了制动轨有效长度为1.2m时的制动系统有限元模型，以及节距分别为1.6m、1.8m、2.4m时的模型，对车轮处于四种模型中不同位置时的振动特性进行分析。　　通过研究发现，车辆减速器产生制动噪声的主要机理是车轮与制动轨之间的振动模态耦合作用，影响系统各部件发生模态耦合的因素有摩擦系数、侧压力、车轮位置、弹性模量等，高频尖叫噪声主要来自于制动轨的高频振动，制动轨节距的优化策略可以在一定程度上减弱制动噪声的产生倾向。针对分析结果提出了一系列减弱振动噪声的措施，得到的结论可以为减弱驼峰工作环境中的高频噪声提供理论参考，为今后的车辆减速器降噪研究提供方向。
作者：	范家骅
专业：	交通运输规划与管理
导师：	朱大鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022