高铁车辆车体振动因素分析

刘霞

摘 要 关于高速铁路应用，高速车身振动是与乘坐舒适性和结构疲劳安全性相干的重要问题。尽管横向舒适性的影响机制十分复杂，但是垂直轮轨扰动传递的角度来看，轨道道路激活和二次悬架是影响高速铁路车体振动的重要要素。为此，本文讨论了在转向架上增加双线垂直阻尼器的必须性。经过建模仿真与实验的对比，得出以下结论：因为德国和日本的空气弹簧在节流阻尼成果上有不一样的设计风格，德国空气弹簧悬架在高速运转时仍保持“软悬浮”特性。

关键词 高铁车辆 空簧悬挂 转向架 车体振动

中图分类号：U270.1文献标识码：A

关于高铁的平安经营来讲，高铁车辆车体振动是关系到乘坐舒适性和车体构造疲劳安全的重要问题。现阶段高铁应用的种种振动问题，其共同技术原因在于横向振动耦合机制。也就是说，现有的转向架有两种典型配置，即EMU转向架的原始配置和长转向架转向架的现场调理。

不同于快速铁路应用，高速铁路应用中必须强调安全冗余。因此，降低（蛇振荡）振动质量应作为高速转向架设计的基本原理。中国的长距离高速铁路应用表明，高速转向架（如ICE3系列）有自己的技术创新，以确保他们的安全冗余。尤其是对列车，线路的服务条件有其复杂性和不确定性。有必要考虑在车体上的扰动的侧风的流固耦合效果，并且所造成的堤冻胀或桥墩结算长波不规则性。而雪和冰障碍物可以在高山地区的应用呈现。

为了更好地实施高速铁路，本文进一步研讨高铁车辆横向振动耦合机制构成的主要要素，以正确认知高速列车稳固鲁棒性能，确保长大列车的持续稳定安全运行。

1車体振动分析的理论基础

1.1随机振动理论

近期以来，世界上许多这一范围的科技人员在这个问题上进行了大批的研讨任务并取得了非常大的进展，然而，至今的剖析办法还有许多欠缺之处，特别是如何经过车辆构造参数的调整使振动对人的感觉得到有效的降低，更有深化研究的须要。我们首先分析随机过程的概念及统计特性。

在车辆的动态仿真中，仿真数据的解决与测试信号的采样一样，对采样数据也存在一个时域统计特色问题，这就涉及到随机进程的统计个性。

关于每一时辰t∈T，X（t）是一随机变量，则这样的随机变量族[X（t），t∈T]称为随机进程。假设T是离散的时间域，则X（t）是一随机时间序列。对振动过程离散采样时，得到的就是时间序列。

x1（t），x2（t），……，xn（t）即为随机变量的个“样本点”。

1.2.车辆振动的评定

（1）行车安全性，为能有效的承受所需施加制动力、加速力及车辆侧向导向力，车辆与路面之间力的传递应尽可能保持连续不变。

（2）乘坐舒适度，或者使用频域法，或者把人体看成成型滤波器来描述的时域法（协方差分析）。

2横向耦合机制形成的主要因素

对于转向架优配来讲，降低轮对纵向定位刚度，动车坚固性态将要造成三次改动。也就是说，转向架的自导向能力有所恢复。

可以看出，在抗蛇带能量吸收机制的配合下，只要强制转向架技术模式才能到达降低振动质量的目标，它有三个主要特征：（1）轮强制定位，可达120 mN / m的纵向定位刚度，水平12.5 mN / m的;（2）抗蛇高频阻抗，因此必需采纳新的防蛇阻尼器，一种抗蛇带能量吸收机制技术完成;（3）最小等效的锥度不能低于0.166，否则低锥度将难以避免。

3空簧悬挂方式对车体结构振动的影响

3.1速度的影响

（1）300KMH以上，在300KMH以上运行时，车体地板振动的主要原因是由空簧动态刚度的软硬差别造成的。

（2）300kmh以下，在300KMH以下运行时，前端地板的弹性振动迅速降低，甚至到达微乎其微的水平;然而，中间地板振动则是时有时无，在运行时呈现阶垂向地板弯曲模态振动。

3.2直线运行车体地板振动对比

（1）在高速运行工况下，日系空簧悬挂（如将对地板弹性振动带来相当有害的影响）;

（2）对于德系空賛悬挂来讲，若增加外挂减振器（如也将增强端部地板振动的强度。

4结论

关于高速铁路车辆，它具备高速轮轨扰动，转向架悬架和车身构造设计的特殊性。因而，高速车身振动是与乘坐舒适性和疲劳安全性相干的重要问题，应予以足够重视。经过比照分析德国空气弹簧悬架的特点，得出德国空气黄在运用中的优越性能。然后，将舒适性评估与四种开放悬挂方法进行比较，并获得德国空气弹簧。 在高速运转下，依然能够形成“软悬浮”，车身垂直舒适性最佳;最后，按照刚柔性模仿和地面振动剖析，发现悬空悬架方式与车身中间楼层的振动没有直接关系。

横向振动耦合机制是高速铁路车辆振动特性的根本规律。它的构成有以下两个主要要素：轮对强迫导向定位和抗蛇高频阻抗，这招致运动体的大阻尼特性。增强了车体对后转向架界面的水平高频扰动，构成了横向振动传递介质;同时，这两个要素也是降低振动质量的必须技术条件。与快速轨道使用模型不同，高速铁路应用必需强调其安全冗余。因而，降低振动质量应该是高速转向架设计的根本准则。

基金项目：国家重点研发计划，2017YFB1201304-06。

参考文献

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