跨座式单轨车辆滚振试验台振动特性分析与隔振方法研究

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作为服务于城市轨道交通系统的新型市域车辆,跨座式单轨车辆与传统双轨车辆相比,有以下独特优势:爬坡能力强、适应性强、噪声低、占地小、建设成本低、建造周期短,因而得到较为广泛应用。跨座式单轨车辆为新型车辆,大量的运行试验在车辆研发制造过程中必不可少,由于国内的单轨车辆运营线路较少,无法进行大量的试验。若为单一车辆修建专门的试验线进行试验,成本高且无法兼容不同类型车辆;若建造单轨车辆滚振试验台,则造价低、建造周期短且可兼容不同类型车辆,优势更为明显。因此,研究设计可兼容不同型号转向架、可模拟多工况运行线路的跨座式单轨车辆滚动振动试验台,对于提高车辆研发效率、节约成本具有重大意义。本文首先围绕试验台功能要求、技术要求进行单轨滚振试验台结构设计,包括:试验台旋转平台、超高调节平台、对滚系统及纵向固定反力架,并采用Creo软件进行三维建模。采用Hypermesh、Optistruct对试验台对滚系统进行有限元建模及模态分析,得到试验台对滚系统固有频率及振型,为对滚系统振动特性分析做铺垫。其次,基于频响分析理论、随机频响分析理论,以走行轮对滚系统与水平轮对滚系统为研究对象,采用Optistruct软件分析两者分别在液压作动器简谐激励与随机激励、电机偏心力激励下的振动特性。结果表明,在受到液压激振器的简谐激励时,走行对滚轮系统第六阶模态易被激发,水平对滚轮系统第五阶频率易被激发。在受到液压激振器的随机激励时,走行轮对滚系统最大应力为30.95MPa,小于材料的屈服强度,功率谱密度响应曲线在x、y、z方向分别在35Hz、86Hz、71Hz处出现极大值,分别靠近系统第四阶、六阶、五阶固有频率;水平轮对滚系统最大应力为48.36MPa,小于材料的屈服强度,功率谱密度曲线x、y、z方向均在在第五阶固有频率处出现最大值。在受到电机偏心力激励时,走行对滚轮系统位移响应并未出现极大值,水平对滚系统第五阶固有频率容易被激发。最后,采用积极隔振方法,对试验台进行隔振系统设计。将隔振系统设计为一级减振系统,选取隔振指标为振动传递率不大于0.05,通过参数设计计算,隔振系统质量定为400t,隔振器总刚度为2304k N/m,经验算,隔振系统振动传递率为0.049,最大振动位移为0.46mm,隔振效果符合要求。结合所求参数,进行隔振台座设计与隔振器布置,隔振台座为混凝土材料,隔振器选取30个弹簧隔振器。为验证隔振效果,在Simulink中建立隔振系统动力学模型,分析隔振器刚度、隔振系统质量对隔振效果影响,结果表明:隔振系统振动位移随弹簧隔振器刚度的增大而减小,随隔振系统质量的增大而减小,隔振系统振动位移小于限值,再次验证设计参数合理,隔振效果达标。
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