大风环境下列车振动分析及其控制研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Cyril
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风作为一种随机激励,与列车风相互作用会产生较强风荷载施加在车体表面,造成列车在运行过程中出现横移、浮沉与侧滚。考虑到目前列车运行时速的不断提升以及桥梁占总线路比例的提高,大风环境对列车的影响会更加显著,车体响应结果也将随之加剧,最终导致列车运行平稳性降低,甚至会出现列车脱轨、倾覆等安全事故。因此,开展大风环境下列车振动的分析及控制系统的研究,对于保障列车的安全平稳运行,具有十分重要的意义。论文采用谐波合成法与FFT(快速傅里叶变换)技术来对脉动风场进行模拟,进而求解风荷载。然后利用SIMPACK软件仿真CRH2型动车组车辆模型在风荷载冲击下的振动响应。根据大量振动响应结果,总结相应关系,获得不同车速与风速下的论域伸缩因子,完成变论域模糊控制器的设计,建立列车变论域模糊控制全主动悬挂系统。最后,同样利用SIMPACK软件对列车全主动悬挂系统在大风环境下的应用过程进行仿真,通过脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、倾覆系数、Sperling指标来对列车运行安全性与平稳性进行评估。论文主要研究结论如下:(1)根据脉动风场模拟结果可以发现,脉动风速基本落在±5m/s范围之内,偶尔会出现±15m/s风速,随着平均风速的增加,脉动风速也会相应增加。(2)将风荷载施加在列车,引入0.06g车体横向加速度限值与0.1g车体垂向加速度限值对车体响应加速度进行分析,可以发现车体横向加速度存在一定的超限概率,车体垂向加速度响应基本没有超限。这也说明列车在大风环境下,车体横移运动较为明显。(3)变论域模糊控制器在列车横向主动悬挂控制系统中的应用,使得列车在大风环境下的响应结果明显优于被动悬挂,尤其是对于车体的横移与侧滚,主动悬挂系统明显起到了更好的抑制效果。当车速与风速降低,随着论域的压缩,模糊控制规则更加细化,列车横向主动悬挂控制系统变论域模糊控制器对横向振动能起到更好的抑制效果。(4)通过分析脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、倾覆系数以及平稳性指标可以发现,无论是列车运行安全性问题,还是列车运行平稳性问题,风速都是加剧列车振动,导致列车动力学性能发生恶化的主要原因。此外,除了风速,车速同样会影响到列车的安全平稳运行,与风速这种不可控因素相比,在列车运行过程中,可以通过降低车速来提高列车运行安全性。
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