高速列車液壓減振器性能及其穩(wěn)定性設(shè)計理論與應(yīng)用研究.pdf

1、液壓減振器是高速列車關(guān)鍵零部件之一，直接影響著高速列車運行平穩(wěn)性和安全性。隨著高速列車的車速不斷提升，為了維持其運行高效、快速，鐵路運營部門希望高速列車液壓減振器具有性能穩(wěn)定且長時間不需要更換的特性，這也是擺在全世界高速列車液壓減振器研究和設(shè)計者面前的一大難題。高速列車液壓減振器性能穩(wěn)定性問題在我國顯得尤為突出，導(dǎo)致我國高速列車液壓減振器幾乎完全依靠進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國高速鐵路事業(yè)的自主、快速發(fā)展。咎其原因在于我國在高速列車液壓減振器性

2、能穩(wěn)定性設(shè)計理論與方法方面缺乏深入研究以及發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，導(dǎo)致國內(nèi)高速列車制造企業(yè)只能依靠傳統(tǒng)的“試制+試驗+修改”的設(shè)計、制造模式，很難達(dá)到高速列車液壓減振器性能的要求。
　　為改變我國高速鐵路液壓減振器目前的設(shè)計、制造現(xiàn)狀，本課題在液壓減振器性能穩(wěn)定性設(shè)計理論和方法方面開展了研究:建立了液壓減振器阻尼特性的混合等效參數(shù)模型;基于響應(yīng)面法建立了高速列車液壓減振器17參數(shù)設(shè)計模型;在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合穩(wěn)健設(shè)計理論提出兼顧液壓減振

3、器質(zhì)量和成本的混合穩(wěn)健設(shè)計模型（QCROM模型）;提出高速列車液壓減振器性能穩(wěn)定性試驗評價方法，形成了高速列車液壓減振器性能穩(wěn)定性評價體系;將研究成果轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用，初步建立了高速列車液壓減振器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)流程，為高速列車液壓減振器實現(xiàn)自主設(shè)計、開發(fā)及生產(chǎn)提供必要的理論指導(dǎo)和工程借鑒與參考。主要開展的研究工作如下:
　　(1)對我國高速列車液壓減振器設(shè)計制造現(xiàn)狀進(jìn)行分析。從液壓減振器在高速列車的應(yīng)用現(xiàn)狀、液壓減振器性能計算分析方

4、法以及穩(wěn)健設(shè)計理論在液壓減振器性能穩(wěn)定性設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀等三個方面分析了高速列車液壓減振器的研究現(xiàn)狀，進(jìn)而提出課題研究內(nèi)容。
　　(2)基于粘性流體流動控制微分方程分析液壓減振器阻尼特性產(chǎn)生機理研究，并建立阻尼構(gòu)件壓力損失模型。指出傳統(tǒng)的集總參數(shù)模型、等效參數(shù)模型以及分布參數(shù)模型三種阻尼特性計算模型的優(yōu)勢與不足，提出綜合運用CAE技術(shù)構(gòu)建液壓減振器混合等效參數(shù)模型的方法，即液壓減振器阻尼特性混合等效參數(shù)模型(HEPM)。該模型的關(guān)

5、鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基于CAE方法獲取，并驗證了模型的有效性。所建液壓減振器混合等效參數(shù)模型不僅提高了阻尼特性計算效率，又提高了計算精度（與實驗測試值對比，誤差控制在5％以內(nèi)）。
　　(3)研究了響應(yīng)面法擬合液壓減振器參數(shù)化設(shè)計模型的流程以及設(shè)計參數(shù)確定方法。對“閥片”式液壓減振器的復(fù)原和壓縮行程分別進(jìn)行二階響應(yīng)面擬合，建立了液壓減振器參數(shù)化設(shè)計響應(yīng)面模型(PDRSM)，并進(jìn)行了模型有效性檢驗，復(fù)原和壓縮行程響應(yīng)面模型的優(yōu)良性評價指數(shù)Ra2

6、分別為0.995和0.986,都遠(yuǎn)大于檢驗標(biāo)準(zhǔn)（大于0.9）。基于所建立的響應(yīng)面模型分析了17設(shè)計參數(shù)對阻尼特性的影響規(guī)律。
　　(4)總結(jié)和分析基于損失模型、響應(yīng)面模型以及隨機模型三種現(xiàn)代產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計方法的優(yōu)勢與不足?；谝簤簻p振器參數(shù)化設(shè)計響應(yīng)面模型，構(gòu)建了液壓減振器性能穩(wěn)定性設(shè)計的“質(zhì)量-成本”混合多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化模型(QCROM)并利用交互迭代優(yōu)化計算方法對模型進(jìn)行求解。該模型不僅具備傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計的優(yōu)勢，而且考慮了高速列車液

7、壓減振器多速度點設(shè)計目標(biāo)，并將其轉(zhuǎn)化為單一設(shè)計目標(biāo)。同時，該模型克服了傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計對大量約束條件和優(yōu)化目標(biāo)概率基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的依賴，使得該模型更加適合產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段應(yīng)用，直接獲得設(shè)計變量均值和容差的最優(yōu)取值。
　　(5)結(jié)合性能穩(wěn)定性設(shè)計流程和方法，對2類6款液壓減振器進(jìn)行了性能及其穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計。以二系橫向“閥片”式液壓減振器進(jìn)行了論述和探討，通過性能穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計前后“總成本”降低了13.5％。通過液壓減振器性能穩(wěn)定性設(shè)計雖然降低

8、了設(shè)計變量的加工精度，減振器質(zhì)量（性能穩(wěn)定性）不僅沒有下降，反而得到了提高（提高了22.2％）;同時，正是由于降低了設(shè)計變量的加工精度要求，制造成本得到了有效控制(降低了13.3％)。
　　(6)研究并初步建立了高速列車液壓減振器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計開發(fā)技術(shù)流程。研究了液壓減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、性能穩(wěn)定性試驗方法，提出液壓減振器性能穩(wěn)定性設(shè)計流程。以“閥片”式液壓減振器為例，對其進(jìn)行了性能穩(wěn)定性設(shè)計與試驗驗證。以CRH3原裝進(jìn)口液壓減振