车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析
抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的影响研究
抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的影响研究抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的影响研究摘要：高速列车运行时的震动问题一直是一个亟待解决的难题。
通过对不同类型的抗蛇行减振器的研究和实验，可以有效提高列车的运行平稳性。
本研究旨在探讨抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的影响，并给出相关分析和实验结果。
引言：高速列车已经成为现代交通领域的重要组成部分。
然而，由于列车在高速运行过程中会出现蛇行现象，给乘客和行车安全带来很大的困扰。
因此，研究如何改善列车的运行平稳性是当前的热点问题。
抗蛇行减振器是一种应用于高速列车的减振装置，通过减少列车的震动来提高运行品质。
本研究旨在通过分析抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的影响，为高速列车的设计与改进提供理论依据。
方法：本研究采用了理论分析和实验验证相结合的方法进行研究。
首先，通过搭建数学模型来描述高速列车在运行过程中的动力学特性。
然后，基于这个模型，利用MATLAB仿真软件进行数值模拟，分析不同类型抗蛇行减振器的减振效果。
最后，设计实验样机并进行实际测试，验证数值模拟结果的正确性。
结果与讨论：通过数值模拟和实验测试，我们得出了以下结论：1. 抗蛇行减振器可以有效降低列车的振动幅度，提高运行平稳性。
2. 不同类型的抗蛇行减振器对列车的减振效果略有差异，需根据具体需求选择最适合的减振器类型。
3. 抗蛇行减振器的刚度和阻尼参数对减振效果有较大影响，需在设计中加以考虑。
4. 抗蛇行减振器对列车的质量分布和结构刚度也有一定影响，需结合车辆整体设计进行综合考虑。
结论：本研究通过理论分析和实验验证，证明了抗蛇行减振器对高速列车运行平稳性的积极影响。
在设计和改进高速列车时，应充分考虑抗蛇行减振器的选择和参数优化，以提高列车的运行品质。
展望：尽管本研究已经取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。
未来的研究可以从以下几个方面进行拓展：1. 进一步优化抗蛇行减振器的结构和参数，提高减振效果。
2. 研究不同工况下抗蛇行减振器的性能，完善其在实际运行中的应用。
整车性能分析-蛇行分析
４
分析软件
MSC.ADAMS/CAR
５
数据需求
见整车参数表。
6
分析结果处理
分析项目的评价指标
6.１
依据GB/T 6323.1-94 进行仿真分析，主要考察基准车速下的平均转向盘 转角、平均横摆角速度、平均车身侧倾角、平均侧向加速度、平均侧偏角。
参数 单位 参数意义
L
V Θ r φ ay β
[m]
根据下表的标准，重型卡车在蛇行仿真过程中，标桩距离定为50m，基 准车速定为50km/h。
汽车类型 轿车、轻型客车及最大总质量小于或等于2.5t的货车和越野汽车 中型客车及最大总质量大于2.5t而小于或等于6t的货车和越野汽车 大型客车及最大总质量大于6t而小于或等于15t的货车和越野汽车 特大型客车及最大总质量大于15t的货车和越野汽车 L(m) 30 基准车速(km/h) 65 50 60 50
３
分析流程
在整车数模完成后，根据各关键点的硬点坐标建立整车仿真分析模型，并 进行中间位置转向仿真分析，对整车性能进行摸底；在分析结果中暴露的问题 及时反馈给设计部门并提出解决方案，优化设计参数。 样车装好后，对于试验中暴露出的问题，调整模型中相关参数进行仿真分 析，找出问题的根源并提出解决方案，从而提高整车性能。
[km/h] [ °] [°/s] [ °] [m/s2] [°/g]
标桩距离
基准车速 平均转向盘转角 平均横摆角速度 平均车身侧倾角 平均侧向加速度 平均侧偏角
50
50 75.77 8.33 0.36 0.197 1.40
50
50 73.56 8.35 0.22 0.195 0.46
6.２
评价指标的获取
50
车辆轮对蛇行运动的周期解及稳定性分析
车辆轮对蛇⾏运动的周期解及稳定性分析３５８?《⼯程⼒学》增刊２００２年车辆轮对蛇⾏运动的周期解及稳定性分析刘兰（兰州铁道学院机械⼯程系，⽢肃兰州７３００７０摘要：应⽤中⼼流形⼀范式⽅法研究了客车轮对蛇⾏运动的周期解及稳定性，给出了轮对蛇⾏运动周期解振幅系数及其稳定性判据。
关键词：轮对：蛇⾏运动；中⼼流形；周期解；稳定性１引⾔具有⼀定形状的铁道车辆轮对，沿着平直钢轨滚动时，会产⽣⼀种振幅有增⼤趋势的运动。
轮对⼀⾯横向移动，⼀⾯⼜绕通过其质⼼的铅垂轴转动，这两种运动的耦合构成轮对的蛇⾏运动。
车辆蛇⾏运动的稳定性研究对提⾼车辆运⾏的安全性有重要的意义。
研究车辆蛇⾏运动稳定性时，⾸先必须考虑轮轨接触间的⼏何关系及物理关系特性。
本⽂以⼀⾼速客车轮对为研究对象，考虑⾮线性轮轨接触⼏何关系及轮缘⼒，利⽤中⼼流形⼀范式⽅法研究了列车轮对的周期运动及其稳定性判据。
这～研究⽅法可从理论上近似确定轮对蛇⾏运动的周期解。
２客车轮对蛇⾏运动的⼒学模型图１为⼀客车轮对蛇⾏运动的⼒学模型图ｈ“。
这⾥考虑⾮线性轮轨接解⼏何关系，假设轮对在直线轨道上等速运动。
图中ｖ表⽰车辆轮对的运⾏速度。
崮１备⽜牝明蚝仃廷明阴⼑罕俱型轮对的运动微分⽅程为彬鹄＋＋等¨２以÷训＋Ｅ堋ｙ）－ｏⅣ＋（～⼀％眠）ｙ＋２⼀。
（譬ｙ＋等矿）＋‘＝ｏ式（１）和（２）中，Ｋ，＝ｂｌ２Ｋ，，‘＝业３ｒｂｙ“－＾ｂ’ｚ￡ｙ２９＋纽ｖｂ：ｔ‰铷２＋互ｖ丝ｂｙ：＂（川，２）作者简介刘兰（１９６３５），⼥，⼭东东平⼈．兰州铁道学院⼯程师．从事车辆⼯程研究（Ｉ）（２）！三堡⽣堂！堕型！！丝羔⼆————————————————⼆—！三２Ｅ＝；（争⼀学）ｙ３，（ｉ＝１，２）（４）其中，。
表⽰轮对的质量；Ｊ为轮对的摇头转动惯量；Ｙ和矿分别为轮对的横摆和摇头坐标；ｒ为车轮滚动圆半径：６为轮对滚动圆距离之半；』，、／≥、⼛和⼛分别为纵向蠕滑系数、横向蠕滑系数、回转?横向蠕滑系数和⾃旋蠕滑系数；磊为踏⾯斜率；％为轴重；以为车轮踏⾯等效斜率；Ｋ，和Ｋｙ分别为轮对的纵向和横向定位刚度。
基于抗蛇行减振器实时特性的车辆动力学性能分析
】 ． ９ ９ ５ １ ４ ２ ． ０ ８ ２ ｌ ２
２ ． １ ７ ３ ６ ２ ２ ． ２ ５ ９ １ ｌ
垂 向 加速 度 （ ｍ／ ）
Ｆ一‘ 曲 线
０ ． ３ ２ ７ ０ ５ ０ ． ３ ４ ８ ０ ５
Ｏ ． ３ ７ １ ３ ７ ０ ． ３ ９ ９ ５１
在 车辆 蛇行 运 动 的振 型 中 ， 只要 有 一 个 振 利 的幅 值 在某 一速 度下 既 不扩 大 也不 衰 减 呈 等 幅稳 态 振 动 ． 而其他振 型 均呈 衰 减振 动 ． 此 时 车辆 运 行 速 度就 称 为 车辆 蛇 行运 动失 稳 临界速 度 。计算 中根 据轮 对 横 移量 的方 法 判定 车辆 蛇 行 失稳 ， 在 车辆 转 向架 前 轮对 施 加 １ ０ ｍｍ 横 向位 移 ， 对车 辆在平 直轨 道 上 的运 行 情 况 进 行仿 真 。通 过计算 和判 定 ， 当抗 蛇 行 减 振 器 的 阻尼 选 取图 ６ （ ａ ） 的实 时 Ｆ一 曲线 时 ， 蛇 行 运 动 失稳 Ｊ 界速 度约 为 ７ ０ ４ ｋ ｎ／ ｉ ｈ ； 当阻 尼选 取等效 线性 阻 尼 （ 、 。 时． 临 界速 度约 为 ６ ６ ５ ｋ ｎ／ ｉ ｈ ． 如图 ６ （ ｂ ） 所示 。由此 可 ， 阻 尼选取 为 Ｆ － － － ｖ时 ， 车辆 的蛇 行失 稳临 界速 度更 高 。
０． ６ ２ ７ ０ ６ ６ ０． ６ ５ ６ ９１ ３
１ ． ８１ ５ ９ ０ １ ． ８ ８７ ８ ２
１ ． ９１ ７ ７ ６ 】 ． ９ ５ ９ ｌ ８
３ ５ Ｏ
３８ ５
０． ６ ７ ｌ １ ６ ６
０ ．７ ７ ５ ２ ８ ８
２ ． ３ ０ ９ ９ ８ ２ ． ３ ９ ４ ９ ０
蛇行运动稳定性论文：高速车辆运动稳定性的研究
蛇行运动稳定性论文：高速车辆运动稳定性的研究【中文摘要】由于高速列车具有运输能力大、消耗能量低、安全性能高、对环境污染较小以及在运行的过程中受到气候的影响小等众多优点,所以在国内外得到了很快的发展。
随着对我国既有线路的改造以及对高速铁路的兴建,高速铁路对我国的经济、生活的改变发挥着越来越大的作用。
对车辆系统的稳定性早在铁路运输事业发展初期就已经被发现,但是高速车辆运动稳定性之所以区别于以往普通车辆运动稳定性的原因就在于其在高速运行下特殊的动态环境。
高速车辆运动稳定性的研究从初期的线性模型或者是经过线性化处理的数学模型到现在考虑众多非线性因素的非线性模型,从初期的局部稳定性到现在的全局稳定性及混沌现象,其研究的深度越来越深,考虑的因素也越来越多,更加接近实际工程应用。
本文主要应用多体动力学方法,利用动力学仿真软件SIMPACK建立车辆系统多体动力学模型,研究车辆系统结构参数对车辆线性和非线性临界速度,以及对车辆系统的Hopf分岔类型的影响。
主要工作有：(1)应用多体动力学方法对车辆轮轨关系及结构参数进行分析,建立车辆动力学动力学仿真模型。
(2)详细介绍了车辆运动稳定性的相关理论,对车辆系统出现Hopf分岔原因进行了分析,并且对在仿真中线性和非线性临界速度的确定以及如何构建Hopf分岔图的方法进行了介绍。
(3)分析了几种不同踏面等效锥度和轨距下车辆系统运动稳定性、临界速度以及Hopf分岔类型的变化,得出随着等效锥度的降低车辆系统的临界速度跟着提高,车辆系统的线性和非线性临界速度差逐渐减小；随着轨距的增大车辆系统的临界速度跟着提高,轨距增大到一定值后系统出现超临界分岔,但是临界速度会因此而降低。
(4)建立抗蛇行减振器弹簧-阻尼串联的Maxwell假设模型,分析延迟时间和极限频率对车辆系统临界速度以及Hopf分岔类型的影响,得出了系统为超临界分岔的条件,为以后高速车辆运行及设计提供了参考。
(5)分析了一系、二系刚度、二系阻尼对车辆临界速度的影响,研究表明一系纵、横向刚度对车辆系统临界速度的影响是随着一系纵向和横向刚度增大而增大的,车辆系统的临界速度是先增大后减小,较大或者较小的刚度都不能获得最大的临界速度；二系纵横向刚度及阻尼也对车辆系统临界速度具有较大的影响。
蛇行运动对铁道车辆平稳性的影响探究
蛇行运动对铁道车辆平稳性的影响探究作者：汤俊秀来源：《农村经济与科技》2018年第22期[摘要]随着我国铁路事业的快速发展，人们对乘坐铁路的舒适性、平稳性要求越来越高。
为了研究蛇行运动对铁道车辆运行平稳性的影响，本文根据蛇行运动的特点，首先仿真了转向架蛇行运动模态和车体固有振动模态，又从不同时域分析了不同速度车辆的平稳性，以及蛇行运动对车辆平稳性的影响的因素进行总结，旨在提高车辆运行的稳定性，提高铁道车辆的舒适度。
[关键词]蛇行运动;铁道车辆;平稳性;模态[中图分类号]U270.11 [文献标识码]A车体、构架、轮对以及它们之间的悬挂装置组成了铁道车辆的振动系统。
由自由振动论可得出车辆固有的振动模态，与外界的输入没有关系。
外部激扰频率与车辆固有频率接近时，就会影响乘坐的舒适性，影响乘客舒适性的原因有两个，一个是轨道不平，另一个就是轮轨之间的特殊性，即使车辆平稳行驶也会引起轮对的蛇行运动，轨道的不平对车辆稳定性的影响研究颇多，对于蛇行运动自激振动对铁路车辆的平稳性研究较少，本文就重点研究蛇行运动对车辆平稳性的影响。
1 蛇行运动的特性由于铁路车辆轮对有锥度的缘故，给它一个初始激扰，轮对就会围绕中心线一边发生横移一边摇头前进，如同蛇的运动，称之为蛇行运动。
即使车辆在平直的轨道上运行也会产生蛇行运动，这是因为它是由车辆内部非振动能量转化为持续的激振力。
轮对踏面有锥度是引起蛇行运动的条件。
自激振动源于车辆的牵引力，蛇行运动的有无是由车辆的停走决定的。
由车辆动力学系统可得出，当轮对确定以后自由轮对蛇行运动的影响主要是车辆运行速度，车辆的运行速度越大它的蛇行运动频率就越大。
对于刚性转向架来说它和自由轮对是一样的，都是随速度增大蛇行运动频率增大，在实际的车辆运行中这两种结构都是不存在的，实际的车辆运行中使用的是弹性定位转向架，它的蛇行运动频率介于自由轮对与刚性转向架之间，它也是随速度的增加蛇行频率不断增大。
由以上可看出，蛇行运动的最大特点就是跟车辆速度有关。
轨道车辆运动稳定性与参数优选_图文
弹簧越柔软则可使乘坐越舒适，但却会 影响缓冲橡胶的耐久性，而且还会降低 运行的稳定性。
转向架参数与车辆动力学性能的定性关系
对于自激振动系统，当车辆的运行速度略超过某 一最低临界速度值，系统中就开始失稳。系统一 旦失稳，随着速度的提高，失稳程度也越严重。
因此，车辆的运行速度可以容许超过共振的临界 速度，而绝对不能超过蛇行运动的临界速度。
车辆系统蛇行稳定性判定方法
线性方法： 特征值法 最小阻尼系数法
非线性方法： 极限环法
特征根法
V=150km/h
V=500km/h
在不同速度下，车辆系统对应不同的特 征值。当在某一速度下系统的特征值实 部出现负值且小于该速度时系统特征值 不出现负值，则该速度为系统对应的线 性临界速度。
最小阻尼系数法
第二节 自由轮对蛇行运动
自由轮对稳定性特性:
只要速度大于零，轮对的振幅将随着时间的延 续而不断扩大，因此自由轮对从运动的开始就 是失稳的；
在失稳工况下，轮对的振幅（横移）超过轮轨 间隙时，轮缘就开始打击钢轨，这将损害车辆 ，破坏线路，甚至可能造成行车事故；
自由轮对蛇行失稳程度与轮对的结构参数、蠕 滑系数有关。
自由轮对蛇行运动频率与波长
自由轮对蛇行运动频率 ：
自由轮对蛇行运动波长 ：
整车蛇行失稳
整车蛇行失稳形式
转向架车辆具有两种蛇行运动： 第一种：车体蛇行（车体摇晃激烈、频率较低）
方向 100 120 140 160 180 200 220 横向 2.28 2.35 2.43 2.58 2.64 2.73 2.83 垂向 2.56 2.74 2.89 2.97 3.03 3.12 3.23
参数对稳定性影响
提高车辆系统稳定性方法
三、非线性临界速度计算方法（续）
①在初始时刻，相对于轨道中心坐标系统，车辆系统有 一横移量，其他初始量为零。 ②如果在以某一速度运行一定时间后，车辆系统的横向 位置回复到零位置附近并且随着时间的延长始终保持稳 定，那么车辆系统在该速度下是收敛的。 ③如果车辆系统的横向位移随着时间延长，其横移量越 来越大（轮对最大横移量为始终为轮轨最大间隙量）， 那么车辆系统在该速度下是不稳定的或发散的。 ④如果车辆系统的横向位移随着时间延长，车辆系统横 移呈既不增大也不缩小、始终维持在初始横移位置状态， 那么此时对应的速度即为车辆系统非线性临界速度。
第九章 车辆系统稳定性
8
高速车辆的蛇行运动失稳后，不仅会使车 辆的运行性能恶化，旅客的舒适度下降， 作用在车辆各零部件上的动载荷增大，并 且将使轮对严重地打击钢轨，损伤车辆及 线路，甚至会造成脱轨事故。所以，蛇行 运动是机车车辆以及动车组实现高速运行 的一大障碍。
第九章 车辆系统稳定性
9
自激振动
34
无抗蛇行减振器时系统临界速度
360 320 280 240 Vcr 200 160 120 80 2 4 6 8 10 12 14 16
Kpy=2.0 MN/m Kpy=5.0 MN/m Kpy=8.0 MN/m Kpy=3.5 MN/m Kpy=6.5 MN/m
Kpx /MN.m-1
第九章 车辆系统稳定性
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采用空气弹簧不仅可以降低车辆的自振频率， 而且还可以吸收和隔离由构架传递至车体的高 频振动、具有良好的隔音性能； 空气弹簧具有较大的水平变位能力，能够满足 车辆系统曲线通过需要； 因此，现在高速客车上，空气弹簧得到愈来愈 广泛地应用。
第九章 车辆系统稳定性
40
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车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析
1、车辆蛇形运动稳定性
具有一定他面形状的轨道轮对即使沿着平直轨道运转，受到微小激扰后就会产生一种振幅保持现状或继续增大直道轮缘受到约束的特有运动，此时轮对向前滚动一面横向往摆动，一面又绕铅锤中心来回转动，其轮对中心轨迹呈波浪形，称蛇形运动，当激扰消失而剧烈的蛇形运动不能收敛时，则称蛇行失稳。
表面上轮对并未受到钢轨的纵向或横向位移激振，实际上这是一种自激振动，试论对对钢轨的相对运动产生了内部激振力，由这种激振力维持轮对相对运动，由机车牵引力提供的非振动能量由于轮轨间的自激机制转换为蛇形运动的能量。
当车辆运行到某速度时车辆系统中的阻尼无法消耗这种能量。
蛇形运动就失稳，该速度就称为蛇形失稳临界速度，轮轨间的蛇形运动是由等效斜率的踏面产生的，这种踏面避免轮对的轮缘始终贴靠在轨侧运动而采取的自动取中措施，正是这种取中的能力在一定条件下转化为失稳的动力。
在纯粘着滚动假设条件下，由锥形踏面轮对与钢轨间的几何关系可以推导出一个无约束自由轮对的蛇形运动频率W w及波长L w的公式，之后又推出了轴距为2L w的刚性二轴结构转向架的蛇形波长L t及蛇形频率W t的相关公式。
W w = 2πv/L w，L w =2πbr×1/λe2, W t =2πv/L t，影响蛇形运动因素很多，主要有以下几个，1轮对定位刚度，2轮对踏面等效斜率λe，3蠕滑系数，4转向架固定轴距，5中央悬挂装置。
2、车辆运行振动分析
车辆垂直振动，城市轨道车辆的转向架通常采用二系悬挂，力求在有限的空间获得柔性，研究表明，车辆的两个自由度简化的垂直振动系统有两个自振频率，低频P1与总静挠度f st有关，而高频P2除与静挠度有关外，还与刚度及车体质量和簧上部分质量之比有关。
低频对应的振动型为车体与构架做相同振动，而高频振动对应车体与构架做反向振动，车体以低频振动为主，而构架则以高频振动为主干线客车及地铁轻轨车辆的两系垂直总挠度通常均在160mm以上。
当中央系采用空气弹簧时，空气弹簧空气有弹簧的静挠度值可达200mm—300mm 。
因此，车辆低频振动一般在1Hz左右，使车辆具有良好的隔振性能，减缓了轮轨冲击力对车体的影响。
当车辆在中央及轴箱弹簧悬挂处并联阻尼器后，阻尼可以吸收车辆振动能量以衰减振动，具有阻尼的简化系统同样有两个自振频率，并各自对应一定的型，在阻尼不大的情况下，它们的自振频率和振型均与无阻尼系统的自振频率和振型相似。
设置阻尼可以衰减车辆振动，一般阻尼设置在静挠度较大的中央悬挂，以有效设置车体振动，通过分析不同阻尼及一、二系弹簧静挠度比下的车体响应加速度振幅与激振频率的关系，可得到阻尼过大可以有力的抑制低频共振区的振动，但是车体高频振动加速度反而增大。
阻尼过小则低频共振峰突起，而高频振动不大。
2、车辆横向振动
由于车辆要通过道岔、曲线。
车辆本身又具有蛇形特性，为了减缓车体在横向平面内的振动，车体与转向架之间在横向也设置了柔软的悬挂装置，通常采用摇动台结构，近20年来在地铁上大量采用了橡胶堆和空气弹簧的无摇动台悬挂方式。
5-13图，如果不路车体摇头，忽略构架重量，车体在横断面内的振动可以简化为一个两自由度的系统。
这个两自由度横向振动系统具有两个自振频率及各自对应的阵型。
计算表明，低频对应的是一个下心滚摆阵型，而高频自振则对应是上心滚摆，分析表明车体滚摆自振频率随横向刚度K y减小而下降，一般在设计车辆使希望降低K y和K z值以提高车辆平稳性，但是这些值太小使会产生车体在簧上的稳定性问题，车体会在大的激励之下过度的偏离弹簧的支撑中心，以致侧倾无法。
当悬挂系统为对称布置时，车体摇头振动时可简化为单自由度系统。