雷剑锋++郭鑫

摘 要：随着我国高速铁路的迅速发展，滚动振动试验台在各大研究院以及车辆厂建造。模拟车辆实际运行的振动工况是试验台进行实验研究和出厂前车辆性能检测的基础，因此尽量使试验台真实地模拟车辆的实际运行环境十分重要。该文通过激振主系统中加入弹簧减震情况下的振动系统动力学分析及其仿真，初步分析和讨论滚动振动试验台激振器设计中的新型式。

关键词：滚动振动试验台 振动系统 传递函数 振动曲线

中图分类号：U270.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0099-02

1 滚动振动试验台

机车车辆滚动振动试验台，模拟线路运行进行机车车辆性能试验在最近几十年，铁路发达国家均陆续建有多种滚动试验台。机车车辆固定，调整轨道轮位置，使所有轨道轮顶点在同一水平面内，同时使轨道轮和被支撑的车轮的转动轴线位于四个垂直平面内，并且同一侧轨道轮也尽可能在一个平面内。这样四对转动的轨道轮就可能模拟线路试验运行的两条平直钢轨[1]。

同时试验机车转向架弹簧、车轮、试验支撑轮及激振器（与支撑轮轴承结合）构成单位耦合力系统。该文讨论在激振主系统加入弹簧保证振动平缓和减震的情况下的振动系统的特征分析。

2 振动系统力分析及传递函数

将单轴单侧力系统进行简化建立力系统模型后，如图2所示。

取各质量偏离其平衡位置的位移，x1，x2为广义坐标，则广义速度为。

设和在参考原点时弹簧处在自由状态，没有恢复力。根据牛顿定律分别列出物体和的方程

在零初始条件下，对上式进行拉普拉斯变换，得到该系统是一个一输入二输出系统，令其输入为f（t），输出分别为，可得

其中

因此G（s）为传递函数矩阵如图2所示。

取X1（s）作为输出，系统的输入-输出关系为

即对于振动主系统的传递函数为

那么由于频率响应，令，带入上式得

则

3 振动系统动力学仿真

该文以机车为研究对象，得出振器参数如表1所示。

根据不同的激振器支撑弹簧的大小，将表4数据带入传递函数公式，可得出图5的幅频特性曲线。

图中可以看出弹簧刚度系数越大，其幅频响应越小，也即在相同激励力的情况下振幅减小。其中在通入10kN+ 5kN*sin（62.8 t）的激励力，刚度系数为2.0e6N/m的情况，且频率为10 Hz时的振动曲线如图4所示，图中可以看出，在通入激励力之后经过1～2 s的短暂大幅度振动后，恒定力和弹簧力使激振部分找到新的平衡位置，在平衡位置的上下由正弦力提供激振。为了观察位移的情况，取2 s后的不同频率位移曲线，结果如图5所示。随着频率的增加稳定后的平衡位置并没有发生变化，因此曲线振动平衡位置设为零点，振幅随着频率的增加显著减小，在30 Hz时振幅仅有0.3 mm。振幅与弹簧刚度系数、频率均成反比。

4 结语

该文初步分析了加入弹簧情况下的激振力系统简化模型的传递函数和在通入恒定力及加入一定的变化力的情况下的振动曲线仿真。初步可以得出在刚度系数增加的情况下系统的稳定性逐渐加强，但振幅会降低，同时变化力频率增大的情况下，振幅会逐渐降低。

由于通入的激励力的形式相对简单，只能初步的探讨该形式下的振动特性，因此在激励力的形式变化的情况下，振动情况的分析有多种情况，且传递函数或许会发生一定的变化，需要进一步研究。

参考文献

[1] 黄丽湘，张卫华.机车车辆整车滚动振动试验台设计[J].铁道车辆，2007（1）.

[2] 奚德昌，赵钦淼.振动台及振动试验[M].机械工业出版社，1985.

[3] 于元东.非接触式激振器的研究与设计[D].南京：南京航空航天大学，2008.endprint

摘 要：随着我国高速铁路的迅速发展，滚动振动试验台在各大研究院以及车辆厂建造。模拟车辆实际运行的振动工况是试验台进行实验研究和出厂前车辆性能检测的基础，因此尽量使试验台真实地模拟车辆的实际运行环境十分重要。该文通过激振主系统中加入弹簧减震情况下的振动系统动力学分析及其仿真，初步分析和讨论滚动振动试验台激振器设计中的新型式。

关键词：滚动振动试验台 振动系统 传递函数 振动曲线

中图分类号：U270.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0099-02

1 滚动振动试验台

机车车辆滚动振动试验台，模拟线路运行进行机车车辆性能试验在最近几十年，铁路发达国家均陆续建有多种滚动试验台。机车车辆固定，调整轨道轮位置，使所有轨道轮顶点在同一水平面内，同时使轨道轮和被支撑的车轮的转动轴线位于四个垂直平面内，并且同一侧轨道轮也尽可能在一个平面内。这样四对转动的轨道轮就可能模拟线路试验运行的两条平直钢轨[1]。

同时试验机车转向架弹簧、车轮、试验支撑轮及激振器（与支撑轮轴承结合）构成单位耦合力系统。该文讨论在激振主系统加入弹簧保证振动平缓和减震的情况下的振动系统的特征分析。

2 振动系统力分析及传递函数

将单轴单侧力系统进行简化建立力系统模型后，如图2所示。

取各质量偏离其平衡位置的位移，x1，x2为广义坐标，则广义速度为。

设和在参考原点时弹簧处在自由状态，没有恢复力。根据牛顿定律分别列出物体和的方程

在零初始条件下，对上式进行拉普拉斯变换，得到该系统是一个一输入二输出系统，令其输入为f（t），输出分别为，可得

其中

因此G（s）为传递函数矩阵如图2所示。

取X1（s）作为输出，系统的输入-输出关系为

即对于振动主系统的传递函数为

那么由于频率响应，令，带入上式得

则

3 振动系统动力学仿真

该文以机车为研究对象，得出振器参数如表1所示。

根据不同的激振器支撑弹簧的大小，将表4数据带入传递函数公式，可得出图5的幅频特性曲线。

图中可以看出弹簧刚度系数越大，其幅频响应越小，也即在相同激励力的情况下振幅减小。其中在通入10kN+ 5kN*sin（62.8 t）的激励力，刚度系数为2.0e6N/m的情况，且频率为10 Hz时的振动曲线如图4所示，图中可以看出，在通入激励力之后经过1～2 s的短暂大幅度振动后，恒定力和弹簧力使激振部分找到新的平衡位置，在平衡位置的上下由正弦力提供激振。为了观察位移的情况，取2 s后的不同频率位移曲线，结果如图5所示。随着频率的增加稳定后的平衡位置并没有发生变化，因此曲线振动平衡位置设为零点，振幅随着频率的增加显著减小，在30 Hz时振幅仅有0.3 mm。振幅与弹簧刚度系数、频率均成反比。

4 结语

该文初步分析了加入弹簧情况下的激振力系统简化模型的传递函数和在通入恒定力及加入一定的变化力的情况下的振动曲线仿真。初步可以得出在刚度系数增加的情况下系统的稳定性逐渐加强，但振幅会降低，同时变化力频率增大的情况下，振幅会逐渐降低。

由于通入的激励力的形式相对简单，只能初步的探讨该形式下的振动特性，因此在激励力的形式变化的情况下，振动情况的分析有多种情况，且传递函数或许会发生一定的变化，需要进一步研究。

参考文献

[1] 黄丽湘，张卫华.机车车辆整车滚动振动试验台设计[J].铁道车辆，2007（1）.

[2] 奚德昌，赵钦淼.振动台及振动试验[M].机械工业出版社，1985.

[3] 于元东.非接触式激振器的研究与设计[D].南京：南京航空航天大学，2008.endprint

摘 要：随着我国高速铁路的迅速发展，滚动振动试验台在各大研究院以及车辆厂建造。模拟车辆实际运行的振动工况是试验台进行实验研究和出厂前车辆性能检测的基础，因此尽量使试验台真实地模拟车辆的实际运行环境十分重要。该文通过激振主系统中加入弹簧减震情况下的振动系统动力学分析及其仿真，初步分析和讨论滚动振动试验台激振器设计中的新型式。

关键词：滚动振动试验台 振动系统 传递函数 振动曲线

中图分类号：U270.11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0099-02

1 滚动振动试验台

机车车辆滚动振动试验台，模拟线路运行进行机车车辆性能试验在最近几十年，铁路发达国家均陆续建有多种滚动试验台。机车车辆固定，调整轨道轮位置，使所有轨道轮顶点在同一水平面内，同时使轨道轮和被支撑的车轮的转动轴线位于四个垂直平面内，并且同一侧轨道轮也尽可能在一个平面内。这样四对转动的轨道轮就可能模拟线路试验运行的两条平直钢轨[1]。

同时试验机车转向架弹簧、车轮、试验支撑轮及激振器（与支撑轮轴承结合）构成单位耦合力系统。该文讨论在激振主系统加入弹簧保证振动平缓和减震的情况下的振动系统的特征分析。

2 振动系统力分析及传递函数

将单轴单侧力系统进行简化建立力系统模型后，如图2所示。

取各质量偏离其平衡位置的位移，x1，x2为广义坐标，则广义速度为。

设和在参考原点时弹簧处在自由状态，没有恢复力。根据牛顿定律分别列出物体和的方程

在零初始条件下，对上式进行拉普拉斯变换，得到该系统是一个一输入二输出系统，令其输入为f（t），输出分别为，可得

其中

因此G（s）为传递函数矩阵如图2所示。

取X1（s）作为输出，系统的输入-输出关系为

即对于振动主系统的传递函数为

那么由于频率响应，令，带入上式得

则

3 振动系统动力学仿真

该文以机车为研究对象，得出振器参数如表1所示。

根据不同的激振器支撑弹簧的大小，将表4数据带入传递函数公式，可得出图5的幅频特性曲线。

图中可以看出弹簧刚度系数越大，其幅频响应越小，也即在相同激励力的情况下振幅减小。其中在通入10kN+ 5kN*sin（62.8 t）的激励力，刚度系数为2.0e6N/m的情况，且频率为10 Hz时的振动曲线如图4所示，图中可以看出，在通入激励力之后经过1～2 s的短暂大幅度振动后，恒定力和弹簧力使激振部分找到新的平衡位置，在平衡位置的上下由正弦力提供激振。为了观察位移的情况，取2 s后的不同频率位移曲线，结果如图5所示。随着频率的增加稳定后的平衡位置并没有发生变化，因此曲线振动平衡位置设为零点，振幅随着频率的增加显著减小，在30 Hz时振幅仅有0.3 mm。振幅与弹簧刚度系数、频率均成反比。

4 结语

该文初步分析了加入弹簧情况下的激振力系统简化模型的传递函数和在通入恒定力及加入一定的变化力的情况下的振动曲线仿真。初步可以得出在刚度系数增加的情况下系统的稳定性逐渐加强，但振幅会降低，同时变化力频率增大的情况下，振幅会逐渐降低。

由于通入的激励力的形式相对简单，只能初步的探讨该形式下的振动特性，因此在激励力的形式变化的情况下，振动情况的分析有多种情况，且传递函数或许会发生一定的变化，需要进一步研究。

参考文献

[1] 黄丽湘，张卫华.机车车辆整车滚动振动试验台设计[J].铁道车辆，2007（1）.

[2] 奚德昌，赵钦淼.振动台及振动试验[M].机械工业出版社，1985.

[3] 于元东.非接触式激振器的研究与设计[D].南京：南京航空航天大学，2008.endprint