高速列车轮轨型面对齐及车辆模态研究

摘要

由于实测的车轮和钢轨型面（轮轨型面）基准坐标系会受到多种因素的干扰而与理论坐标系产生偏差，因此需要将实测的轮轨型面进行坐标变换，才能与标准坐标系对齐并对比分析。提出了将ICP算法应用于轮轨型面对齐的数据处理方法，并与传统的5种轮轨型面对齐方法进行了对比。分析表明，采用线对齐的ICP算法比传统方法效果更好，能更加准确的计算轮轨磨耗量。当测量基准坐标发生偏移和旋转时，传统方法将不再适用，而ICP算法仍然有效，可将此方法应用于轮轨型面的在线监测。我国高速动车组在线路运营中，发生过1.0～2.5Hz范围内的车体晃动现象，这是因为在某些边界条件下，车体的悬挂模态与蛇行模态耦合发生一次蛇行，会对车辆性能产生很大的影响。通过建立经典的转向架和车辆横向动力学模型，研究了悬挂模态和蛇行模态的频率、阻尼比和振型，并对车辆悬挂模态和蛇行模态交叉耦合转换现象进行了分析。通过变参分析，研究了参数对车辆模态的影响规律。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了适用于轮轨型面对齐的ICP算法，通过对比分析表明，采用线对齐方法优于传统的点对齐方法。⑵建立了6自由度转向架横向模型，分析了特征值和特征向量与模态参数的关系，分别用振型速度追踪法和特征值速度追踪法研究了振型的连续性。⑶从悬挂参数动态灵敏度分析和单变量分析法，对转向架的模态频率做了分析，发现一系定位刚度是最重要的影响因子。通过多元参数对转向架的模态分析发现，只有小定位刚度和小阻尼时，构架存在恢复性失稳振型，否则，只有轮对的两个永久失稳振型。⑷建立了17自由度的车辆横向模型，分析了转向架蛇行振型和车体振型交叉耦合现象，发现在特定条件下车辆的悬挂模态与蛇行模态频率交叉时，两种振型会相互转换，而这种状态往往对应车辆的一次蛇行。通过变参分析，得到了参数对车体三个振型的影响规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外车辆模态研究

1．2．2 车辆模态研究模型

1．3 本文研究主要内容

第2章 轮轨型面对齐

2．1 ICP算法

2．1．1 问题的提出

2．1．2 误差来源分析

2．1．3 算法流程

2．2 其它型面对齐

2．1．1 钢轨型面对齐

2．1．2 车轮型面对齐

2．1．3 小结

2．3 ICP算法的应用

2．3．1 轮轨磨耗量计算

2．3．2 轮轨型面在线监测

第3章 转向架模态分析

3．1 模态辨别

3．1．1 转向架横向数学模型

3．1．2 振型分析原理

3．1．3 振型识别

3．1．4 典型振型分析

3．2 振型应用

3．2．1 参数对模态阻尼的影响

3．2．2 参数对模态频率的影响

3．2．3 多元参数下的失稳振型

3．2．4 小结

3．3 悬挂系统灵敏度分析

3．3．1 理论基础

3．3．2 求解及结论

第4章 整车模态分析

4．1 数学模型

4．2 车体模态

4．2．1 车体模态识别

4．2．2 振型耦合与转换

4．2．3 一次蛇行车辆模态变化规律

4．3 振型应用

4．3．1 参数对车体模态阻尼的影响

4．3．2 参数对车体模态频率的影响

4．3．3 典型振型分析

结论和展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的论文及科研成果