一系縱向變剛度定位裝置及其動(dòng)力學(xué)影響研究.pdf

1、發(fā)展高速機(jī)車車輛是實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代運(yùn)輸和物流的重要體現(xiàn)。從動(dòng)力學(xué)角度講，一方面，機(jī)車蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性是機(jī)車提速的限制因素之一，高速機(jī)車在直線線路上需要有較高的蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。另一方面，我國(guó)鐵路既有線中曲線線路占1/3,其中包含大量的小半徑曲線。機(jī)車車輛為了適應(yīng)既有線，亦需較好的曲線通過性能。研究表明，一系縱向剛度是影響機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加一系縱向剛度可以提高蛇行失穩(wěn)臨界速度;減小一系縱向剛度，可以提高機(jī)車車輛曲線通過性能。二

2、者對(duì)一系縱向剛度的要求是矛盾的。
　　目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)該矛盾的技術(shù)措施主要有兩種，一是采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)，二是采用懸掛控制技術(shù)。徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)改變了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)，而懸掛控制則引入了控制系統(tǒng)。兩種思路均有應(yīng)用實(shí)例，并且有的取得了較好的效果，但總體而言徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。本文在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出一種新的方案，設(shè)計(jì)一種一系縱向變剛度定位裝置，可以使機(jī)車車輛一系縱向定位剛度在直線上較大而在曲線上較小，從而在一定程度上

3、緩解直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和曲線通過性能對(duì)一系懸掛水平剛度形成的矛盾。
　　本文首先從理論角度出發(fā)，通過建立自由單輪對(duì)、彈性定位單輪對(duì)、轉(zhuǎn)向架的數(shù)學(xué)模型，用線性動(dòng)力學(xué)方程描述了機(jī)車車輛直線和曲線運(yùn)動(dòng)，從理論上說明了一系縱向定位剛度對(duì)二者的影響。接著設(shè)計(jì)了一種一系縱向定位變剛度裝置，并采用模塊化思想，對(duì)該裝置檢測(cè)模塊、控制模塊、作動(dòng)器模塊等主要組件進(jìn)行了探討分析。確定選用導(dǎo)向輪對(duì)搖頭角位移作為輸入變量，明確了信號(hào)的處理方式，以及兩級(jí)“剛度-

4、角位移”特性曲線的形狀和表達(dá)式。最后以某B0-B0軸式的機(jī)車為對(duì)象，通過動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK建立模型，且通過數(shù)學(xué)軟件MATLAB的仿真分析模塊SIMULINK建立控制模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)軟件和控制軟件的聯(lián)合仿真，模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)車，并與原型機(jī)車作對(duì)比，分析了一系縱向變剛度定位裝置對(duì)機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響。
　　分析結(jié)果表明:(1)實(shí)驗(yàn)機(jī)車在直線上具有更高的蛇行失穩(wěn)臨界速度，一系縱向定位剛度較大，說明變剛度裝置可以提高機(jī)車蛇行失穩(wěn)臨界速

5、度，即提高機(jī)車直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。(2)實(shí)驗(yàn)機(jī)車的直線運(yùn)行平穩(wěn)性與原型機(jī)車相差不大，說明變剛度裝置對(duì)提升機(jī)車直線運(yùn)行平穩(wěn)性作用不大。(3)曲線工況，一系縱向定位剛度較小，輪對(duì)具有更小的沖角，更接近徑向位置。不同曲線半徑下實(shí)驗(yàn)機(jī)車的輪軸橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌磨耗均小于原型機(jī)車。說明變剛度裝置可以改善機(jī)車曲線通過性能。隨著半徑增大，變剛度裝置的改善效果逐漸減弱。當(dāng)半徑過大，超出調(diào)節(jié)范圍后，變剛度裝置改善效果不明顯。
　　通過聯(lián)