高速列车车下设备横向主动控制研究

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随着高速列车运营速度的提升,其振动噪声问题也更加凸显,为了提高列车运行中旅客的舒适性及安全性,车辆振动性能的优化设计更显重要。本文以国内某型高速动车组为研究对象,建立车体精细化有限元模型,计算分析了车体模态参数。对车体进行缩聚计算,建立考虑车体弹性的高速动车组车辆刚柔耦合动力学模型。并重组弹性车体质量矩阵、刚度矩阵。进行动力学模型仿真分析,探究模态对车体横向振动的影响。研究车下设备横向主动控制策略,抑制车体横向振动,提高车辆运行平稳性,为车体减振提供新思路。
  首先,根据客车车体三维模型建立整备车体的有限元模型,对整备车体进行模态分析。研究发现,车体前几阶弹性模态频率较低,会对整车振动与运行平稳性产生不利影响。对弹性车体缩聚,比较缩聚前后弹性车体模态信息,验证缩聚有效性。基于缩聚车体,建立高速列车刚柔耦合动力学仿真模型。
  随后,基于缩聚车体模型,获得车体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,并计算获得车体模态振型。在仿真模型车体适当位置处布置加速度传感器,获得振动加速度。通过对振动加速度进行模态分解,计算模态坐标并分析各阶模态对车体横向振动的贡献。结果表明,车辆横向运行平稳性较差,且车体一阶横弯模态对车体横向振动影响最大。
  提出车体与车下设备之间安装电磁作动器以控制车体横向振动的减振方案。分析电磁制动器工作原理,、并给出车下设备横向主动控制方法。基于Matlab/Simulink与动力学软件联合仿真环境,实现控制模型的搭建,并对控制策略进行验证分析。结果表明,安装作动器之后,车体的一阶横弯振动得到了有效的控制,并且整车的运行平稳性得到明显的改善。
  本文提出了一种获得车体模态振型的提取方法,为探究车体弹性振动及其控制提供了全新思路。本文所提出的高速动车组车下设备主动控制方法具有普适性,实际工程运用中,可以在本文所提方法基础上,结合车体各自的横向振动特性进行相关主动控制研究工作。
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