hxn5型内燃机车动力学性能仿真分析

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1、HXN5型内燃机车动力学性能仿真分析汤琴琴(南车戚帮堰机车奋限公司技术中心产品设计部江苏常州213011)摘要：介绍运用simpack软件对HXN5型内燃机车进行动力学性能仿真分析的基本建模方法及步骤，求解机车的临界速度，评价机车动态曲线通过性能和直线运行平稳性。关鍵词：HXN5型内燃机车；动力学性能仿真；临界速度；动态曲线通过；运行平稳性1刖目HXN5型内燃机车是南车戚墅堰机车有限公司从美国通用电气(GE)公司引进的车型。为了更好地吸收GE公司先进的设计理念及制造技术，有效评估该车型运行平稳性、舒适性等性能，我们对该车型进行了动力学性能仿真分析。本次分析利用了机车多体动力学原理，

2、通过专用的机车动力学建模、仿真分析软件SIMPACK建立机车的多体动力学三维模型，并采用SIMPACK自身的求解器求解动力学方程，得到和动力学相关的各项参数：力、力矩、位移、速度、加速度等等，从而对机车的稳定性临界速度、动态曲线通过性能、直线运行平稳性等指标进行评价。2动力学建模2.1参数准备惯性参数：主要是指相对运动的零部件的质量、转动惯量以及质心位置。悬挂参数：即零部件连接的刚度或者阻尼参数。儿何参数：儿何参数是指机车零部件在空间的布罝位罝。2.2逮立动力学分析模型2.2.1几何外形和零部件间相对运动关系的建立动力学参数准备好后要进行动力学建模。在利用SIMPACK软件前处理建

3、模之前要进行机车动力学分析的拓扑关系图的绘制，以表示各个零部件之间的相对运动关系。图1所示为HXN5型闪燃机车的拓扑关系图。HXN5型内燃机车动力学性能仿真分析汤琴琴(南车戚帮堰机车奋限公司技术中心产品设计部江苏常州213011)摘要：介绍运用simpack软件对HXN5型内燃机车进行动力学性能仿真分析的基本建模方法及步骤，求解机车的临界速度，评价机车动态曲线通过性能和直线运行平稳性。关鍵词：HXN5型内燃机车；动力学性能仿真；临界速度；动态曲线通过；运行平稳性1刖目HXN5型内燃机车是南车戚墅堰机车有限公司从美国通用电气(GE)公司引进的车型。为了更好地吸收GE公司先进的设计理念

4、及制造技术，有效评估该车型运行平稳性、舒适性等性能，我们对该车型进行了动力学性能仿真分析。本次分析利用了机车多体动力学原理，通过专用的机车动力学建模、仿真分析软件SIMPACK建立机车的多体动力学三维模型，并采用SIMPACK自身的求解器求解动力学方程，得到和动力学相关的各项参数：力、力矩、位移、速度、加速度等等，从而对机车的稳定性临界速度、动态曲线通过性能、直线运行平稳性等指标进行评价。2动力学建模2.1参数准备惯性参数：主要是指相对运动的零部件的质量、转动惯量以及质心位置。悬挂参数：即零部件连接的刚度或者阻尼参数。儿何参数：儿何参数是指机车零部件在空间的布罝位罝。2.2逮立动力

5、学分析模型2.2.1几何外形和零部件间相对运动关系的建立动力学参数准备好后要进行动力学建模。在利用SIMPACK软件前处理建模之前要进行机车动力学分析的拓扑关系图的绘制，以表示各个零部件之间的相对运动关系。图1所示为HXN5型闪燃机车的拓扑关系图。)0(arcSecondoiySuspensionBogieframeuunJ.a/M2■Joa970—

6、（车体、转向架、轴箱、轮对等以及它们的惯性参数）、悬挂参数等连接参数。添加轮对连接参数时，须调用铁路模块的轮对专用模块，以生成轮轨接触关系。运川simpack软件建立动力学模型时可以采用子结构的方式建模，这样建立的模型结构清晰、修改方便。图2是HXN5型内燃机车转向架子结构的组成图。图2HXN5型内燃机车转向架子结构图2.2.2非线性因素的处理在机车中存在很多非线性因素，主要有：几何非线性（例如轮轨的踏Ifif都是采用磨耗型踏面）、接触非线性（轮轨接触时蠕滑的存在导致接触的非线性）以及悬挂非线性等。儿何非线性是通过SIMPACK软件将儿何非线性外轮廓离散后的数伉拟合成样条函数曲线來

7、表示的，t60轨样条函数曲线如图3所示，JM3型踏面样条函数曲线如图4所示。接触非线性可以通过软件选择接触的算法（一般采川软件默认值，即线性接触）。Weet-ftortAptxoxiwiedPro<^hoffc160.似图3t60轨样条函数曲线图4JM3型踏面样条函数曲线悬挂非线性是影响动力学性能的主要因素，典型的悬挂非线型有：轴端间隙、一、二系止挡、减振器等。对于本次分析中的悬挂非线性因素，采用SIMPACK软件中自身的单边接触单元來模拟，即采用在间隙内刚度为0,接