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原文传递高速列车车体及车下设备耦合振动研究

论文题名：	高速列车车体及车下设备耦合振动研究
关键词：	铁路车辆;车体结构;车下设备;耦合振动
摘要：	随着经济的快速发展，交通运输工具在人们的日常生活中起到了决定的作用。高速列车作为城市之间信息传递和交流的载体，其速度和便捷性越来越重要。为了有效提升车辆的运行速度，车体的轻量化设计和动力分散方式解决了制约车辆运行速度提高的瓶颈。一般情况下，轻量化设计使车体结构可降低30％-40％的重量，这大大降低了车体整备重量，对车辆的提速起到了至关重要的作用。采用动力分散形式，降低了轴重，减小了轮轨作用力，对列车的启动和制动控制都能起到积极的作用。然而速度提高的同时对车辆运行平稳性和稳定性提出了更高的要求和挑战。首先，车体轻量化设计往往会引起车体刚度不足，弹性振动加剧，严重影响车辆的平稳性和舒适度等动力学性能。其次，高速列车的设备悬吊于车体底部，占车体总重量的比例成分较大，总质量能达10吨以上，单个设备的质量从几十公斤到几吨不等，且牵引变压器、牵引电机以及冷却风机等设备还具有激扰源，会直接将振动的能量传到车体，引起车体的局部共振，从而导致车辆的运行品质降低，影响乘坐舒适度。为了有效解决车下设备对车体弹性振动的影响，本文从理论研究出发，结合滚动振动试验台试验测试，深入研究了车下设备与车体的耦合振动情况，提出了车下设备悬吊参数的选取及设备的布置原则。　　本文的具体研究工作为以下几个方面: 　　(1)建立了车下设备与车体耦合振动的简化模型，研究了车下设备最优悬吊参数理论，确定了车下设备最优悬吊参数的影响因素。为特定设备设计了一套悬吊元件，并进行了动态性能测试。以测试数据为基础，建立了能较好反映悬吊元件动态特性的力元，并将该力元应用到车下设备悬吊的仿真计算中。　　(2)由于车辆系统的结构模态与振动息息相关，在刚柔耦合动力学模型的基础上，研究了车体、构架以及轮对模态、平稳性和稳定性等动力学性能的影响，讨论了各阶模态对振动的贡献量，确定了仿真计算中模态的设计原则。　　(3)基于车下设备与车体耦合振动的三维刚柔耦合动力学模型，研究了车下设备对动力学性能的影响。首先比较了车下设备采用弹性悬吊和刚性悬吊两种方式对车体振动响应的差异，指出了车下设备采用弹性悬吊方式的必要性。接着讨论了设备质量、悬吊刚度、悬吊阻尼以及悬吊位置对车体振动的影响，提出了车下设备的布置原则。最后对有源设备的两级隔振进行了研究，分析了悬吊参数的匹配关系。　　(4)以牵引变压器的振动为研究对象，通过仿真计算和滚振台测试，对比了设备在不同悬吊刚度条件下对车体振动加速度和平稳性等反应车体运行品质的性能指标。通过分析可知，理论计算与滚振台测试结果能够很好的吻合，从而证明了车下设备采用弹性悬吊方式的合理性和可行性。
作者：	罗光兵
专业：	载运工具运用工程
导师：	曾京
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文