中国机械工程 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (9): 1925-1933.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.09.003
• 机械基础工程 • 上一篇
齐英杰1(), 李伟1(
), 刘增华2, 周亚波1, 温泽峰1
收稿日期:
2024-07-13
出版日期:
2025-09-25
发布日期:
2025-10-15
通讯作者:
李伟
作者简介:
齐英杰,男,1996年生,硕士研究生。研究方向为车辆系统动力学。E-mail:1170854698@qq.com基金资助:
Yingjie QI1(), Wei LI1(
), Zenghua LIU2, Yabo ZHOU1, Zefeng WEN1
Received:
2024-07-13
Online:
2025-09-25
Published:
2025-10-15
Contact:
Wei LI
摘要:
针对直线电机地铁车辆横向晃动问题,调查了线路轨道几何不平顺与车辆平稳性指标的关联关系,利用多体动力学软件SIMPACK建立了直线电机车辆动力学模型,研究了轨道几何不平顺对车辆动力学性能的影响,分析了轨道几何不平顺敏感波长范围。结果表明,车辆在直线段高速运行时车体横向出现2 Hz左右低频晃动,与晃动线路存在10~13 m波长特征的轨向不平顺相关;轨道几何不平顺敏感波长范围主要由车辆自身悬挂模态频率决定,轨向不平顺对轮轨横向力和车体横向加速度响应影响最为显著;对于直线电机地铁车辆横向晃动,轨向不平顺敏感波长段为10~13 m、17~20 m,高低不平顺敏感波长段为5~8 m和12~17 m,扭曲和水平不平顺敏感波长段均为5~8 m和15~20 m;轨道几何不平顺的激扰频率在10~13 m敏感波长段主要与车辆上心滚摆频率接近,在15~20 m敏感波长段主要与车辆点头频率和摇头频率接近。
中图分类号:
齐英杰, 李伟, 刘增华, 周亚波, 温泽峰. 针对地铁车辆晃动的轨道几何不平顺敏感波长分析[J]. 中国机械工程, 2025, 36(9): 1925-1933.
Yingjie QI, Wei LI, Zenghua LIU, Yabo ZHOU, Zefeng WEN. Sensitive Wavelength Analyses of Track Geometryic Irregularities for Metro Vehicle Swayings[J]. China Mechanical Engineering, 2025, 36(9): 1925-1933.
车体振型 | 频率/Hz | 阻尼比 | 对应不平顺波长/m |
---|---|---|---|
车体浮沉 | 1.43 | 0.28 | 16.5 |
车体点头 | 1.54 | 0.36 | 15.3 |
车体摇头 | 1.21 | 0.30 | 19.5 |
下心滚摆 | 0.81 | 0.14 | 29.1 |
上心滚摆 | 1.82 | 0.23 | 12.9 |
表1 车体振型与轨道几何不平顺波长对应关系
Tab.1 Correspondence between carbody vibration modes and track geometrical irregularity wavelengths
车体振型 | 频率/Hz | 阻尼比 | 对应不平顺波长/m |
---|---|---|---|
车体浮沉 | 1.43 | 0.28 | 16.5 |
车体点头 | 1.54 | 0.36 | 15.3 |
车体摇头 | 1.21 | 0.30 | 19.5 |
下心滚摆 | 0.81 | 0.14 | 29.1 |
上心滚摆 | 1.82 | 0.23 | 12.9 |
[1] | 翟婉明. 车辆-轨道耦合动力学[M]. 4版. 北京:科学出版社, 2015. |
ZHAI Wanming. Vehicle-track Coupled Dynamics[M]. 4th ed. Beijing:Science Press, 2015. | |
[2] | 凌亮. 高速列车-轨道三维刚柔耦合动力学研究[D]. 成都:西南交通大学, 2015. |
LING Liang. Study on Three-dimensional Rigid-flexible Coupling Dynamics of High-speed Train-track[D]. Chengdu:Southwest Jiaotong University, 2015. | |
[3] | LI Wei, QI Yingjie, WEN Zefeng, et al. Coupling Effect of Track Irregularity and Wheel–Rail Contact Conicity on Carbody Swaying of a Metro Vehicle:an Experimental Investigation[J]. Vehicle System Dynamics, 2025, 63(5):944-963. |
[4] | 魏庆朝, 郑方圆, 冯雅薇, 等. 轨道不平顺对直线电机轮轨系统动力特性影响[J]. 铁道工程学报, 2017, 34(1):36-40. |
WEI Qingchao, ZHENG Fangyuan, FENG Yawei, et al. Influence of Track Irregularity on LIM Wheel/Rail System Dynamic Characteristics[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2017, 34(1):36-40. | |
[5] | 商佳园, 池茂儒, 周橙, 等. 地铁车辆直线电机悬挂装置垂向刚度优化研究[J]. 机车电传动, 2019(3):125-128. |
SHANG Jiayuan, CHI Maoru, ZHOU Cheng, et al. Optimization of Vertical Stiffness of Motor Suspension in LIM Metro Vehicle[J]. Electric Drive for Locomotives, 2019(3):125-128. | |
[6] | 张斌, 关庆华, 李伟, 等. 轨道不平顺与轮轨匹配对地铁车辆晃动的影响[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(9):1772-1779. |
ZHANG Bin, GUAN Qinghua, LI Wei, et al. Influence of Track Irregularity and Wheel-Rail Profile Compatibility on Metro Vehicle Sway[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2022, 56(9):1772-1779. | |
[7] | 杨吉忠, 谢毅, 庞玲, 等. 400 km/h高速铁路轨道几何不平顺敏感波长分析[J]. 高速铁路技术, 2021, 12(2):50-55. |
YANG Jizhong, XIE Yi, PANG Ling, et al. Sensitive Wavelength Analysis on Track Geometric Irregularities of 400 km/h High-speed Railway[J]. High Speed Railway Technology, 2021, 12(2):50-55. | |
[8] | 高建敏, 翟婉明, 王开云. 高速行车条件下轨道几何不平顺敏感波长研究[J]. 铁道学报, 2012, 34(7):83-88. |
GAO Jianmin, ZHAI Wanming, WANG Kaiyun. Study on Sensitive Wavelengths of Track Irregularities in High-speed Operation[J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(7):83-88. | |
[9] | 秦晓光, 黄爱军. 现代有轨电车轨道不平顺敏感波长研究[J]. 城市轨道交通研究, 2019, 22():56-61. |
QIN Xiaoguang, HUANG Aijun. Research on Sensitive Wavelength of Track Irregularity for Modern Tram[J]. Urban Mass Transit, 2019, 22(S1):56-61. | |
[10] | NAEIMI M, ZAKERI JALI, ESMAEILI M, et al. Influence of Uneven Rail Irregularities on the Dynamic Response of the Railway Track Using a Three-dimensional Model of the Vehicle–Track System[J]. Vehicle System Dynamics, 2015, 53(1):88-111. |
[11] | 姜培斌, 凌亮, 丁鑫, 等. 考虑车体刚柔耦合振动的高速铁路轨道不平顺敏感波长研究[J]. 振动与冲击, 2021, 40(15):79-89. |
JIANG Peibin, LING Liang, DING Xin, et al. Track Irregularity Sensitive Wavelengths of High-speed Railway Considering Flexible Vibration of Vehicle Body[J]. Journal of Vibration and Shock, 2021, 40(15):79-89. | |
[12] | 袁玄成, 王开云, 閤鑫, 等. 轨道不平顺波长和幅值对高速动车组动力学性能的影响分析[J]. 交通信息与安全, 2018, 36(2):1-9. |
YUAN Xuancheng, WANG Kaiyun, GE Xin, et al. Influences of Track Irregularity Wavelength and Amplitude on Dynamic Performance of High-speed EMU[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2018, 36(2):1-9. | |
[13] | 田新宇, 高亮, 杨飞, 等. 无砟轨道长波高低不平顺管理标准的研究[J]. 铁道工程学报, 2018, 35(3):26-30. |
TIAN Xinyu, GAO Liang, YANG Fei, et al. Research on the Long-wave Longitudinal Level Irregularity Standards of Ballastless Track[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2018, 35(3):26-30. | |
[14] | 韩艳, 卜秀孟, 王力东, 等. 高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究[J]. 振动与冲击, 2024, 43(5):1-11. |
HAN Yan, BU Xiumeng, WANG Lidong, et al. High-speed Maglev Train-track Beam Coupled System Track Irregularity Sensitive Wavelengths[J]. Journal of Vibration and Shock, 2024, 43(5):1-11. | |
[15] | CHOI I I, UM J H, LEE J S, et al. The Influence of Track Irregularities on the Running Behavior of High-speed Trains[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:Journal of Rail and Rapid Transit, 2013, 227(1):94-102. |
[16] | SKERMAN D, COLE C, SPIRYAGIN M. The Effect of the Wavelength of Lateral Track Geometry Irregularities on the Response Measurable by an Instrumented Freight Wagon[J]. Vehicle System Dynamics, 2024, 62(3):533-555. |
[17] | LUBER B, HAIGERMOSER A, GRABNER G. Track Geometry Evaluation Method Based on Vehicle Response Prediction[J]. Vehicle System Dynamics, 2010, 48(S1):157-173. |
[18] | BOSSO N, BRACCIALI A, MEGNA G, et al. Effects of Geometric Track Irregularities on Vehicle Dynamic Behaviour when Running through a Turnout[J]. Vehicle System Dynamics, 2023, 61(3):782-798. |
[19] | MATSUMOTO A. Research and Development of Linear Motor Driven Metro System[J]. Japanese Railway Engineering, 1988, 107:8-11. |
[1] | 李旭阳, 代亮成, 池茂儒, 赵明花, 周荻. 电力动车组变刚度转臂节点的半主动控制[J]. 中国机械工程, 2025, 36(01): 160-167,176. |
[2] | 钟永彬, 高健, 冯富原, 张揽宇, . 基于闭环辨识模型的永磁同步直线电机分数阶反馈控制方法[J]. 中国机械工程, 2023, 34(23): 2773-2780,2793. |
[3] | 林献坤1,2;张立明1. 混合偏最小二乘回归和粒子群优化直接进给轴加速度饱和性能的优化方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(18): 2224-2230. |
[4] | 李炳燃1;张辉1,2;叶佩青1,2,3. 永磁同步直线电机霍尔位置检测传感器的优化[J]. 中国机械工程, 2017, 28(24): 2913-2918. |
[5] | 易军, 蔡恒, 张东, 张道德. 改进型BP-PID的舵机控制系统研究[J]. 中国机械工程, 2017, 28(10): 1221-1226. |
[6] | 林献坤, 李裴祥, 朱琳. 基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法[J]. 中国机械工程, 2015, 26(18): 2501-2505. |
[7] | 董武涛, 聂松林. 直线电机驱动柱塞泵的运动规划研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(8): 1080-1084. |
[8] | 李海林, 王寅, 黄卫清, 梁宇. 一种双足驱动压电直线电机[J]. 中国机械工程, 2014, 25(20): 2719-2723. |
[9] | 童亮, 王准. 基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命试验机设计[J]. 中国机械工程, 2014, 25(13): 1711-1714. |
[10] | 潘雷, 王寅, 黄卫清, 张胜. 多足箝位式压电直线电机的研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(08): 1080-1084. |
[11] | 陈静. 新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(08): 1007-1012. |
[12] | 陶大锦1, 柯大观1, 袁柳斌2, 朱丹峰1. 直线伺服系统模型参数辨识及其实验研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(07): 915-921. |
[13] | 汪木兰1, 2, 张崇巍1, 林健2, 潘超3. 数控机床用直线电机伺服试验平台开发及应用 [J]. 中国机械工程, 2012, 23(3): 274-278. |
[14] | 李抢, 艾武, 段春, 陈国培, 肖毅. 基于高响应直线电机的非圆曲面加工技术研究[J]. 中国机械工程, 2012, 23(23): 2869-2874. |
[15] | 闫光亚, 艾武, 陈冰. 基于xPC Target的直线电机快速原型控制系统 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(20): 2452-2455. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||