谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势,分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩,建立了传动系统扭振模型;基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论,搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型;通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型,分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明:当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时,齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著,在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大,该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍;在谐波转矩的影响下,牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%,在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加,齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加,牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小,在6倍基波频率处,齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小,在速度为250 km·h-1时达到极大值,且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显,而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。

国家自然科学基金项目(51665015); 江西省自然科学基金项目(20181BAB206025,20181ACB20007); 牵引动力国家重点实验室开放课题(TPL2007); 江西省教育厅科技项目(GJJ180328);

车辆工程; 谐波转矩; 联合仿真; 牵引电机; 齿轮箱体; 振动;

10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.06.007

U270.1

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