磁流变屈服应力和抗蛇行减振器对磁流变耦合轮对车辆的临界速度与高速曲线通过性能影响

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1、http://www.paper.edu.cn磁流变屈服应力和抗蛇行减振器对磁流变耦合轮对1车辆的临界速度与高速曲线通过性能影响倪平涛，王开文，陈健，安邦西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都(610031)E-mail：npt815@sina.com摘要：为使磁流变(Magneto-rheologicalFluid，MRF)耦合轮对向工程化、实用化方面有较大的进展，建立了31个自由度的车辆系统数学模型。通过程序仿真分析发现：车辆在没有抗蛇行运动减振器的条件下，当磁流变的屈服应力较小时，虽有较高的临界速度，但轮对横移量较大，易出现两点接触，若屈服应力增大，临界速度急剧下降，到一定值后则降

2、幅变缓；当车辆具有合适的抗蛇行运动减振器后，可大幅度提高车辆的临界速度，在适宜磁流变屈服应力的配合下，车辆以高速和超高速在高速铁路上行驶时，轮对和车体均具有较好的横向动力学性能。因此，合适的抗蛇行运动减振器对磁流变耦合轮对车辆是必须的。关键词：耦合轮对，磁流变，屈服应力，临界速度，高速曲线通过，仿真近年来，由于磁流变技术的发展，为了整合传统轮对和独立旋转车轮的优点，我国西南交通大学牵引动力国家重点实验室的池茂儒博士于2002年在国内外首次提出了磁流变耦合轮对，并对该型车辆的动力学性能进行了研究。应用磁流变耦合轮对能较大地提高车辆的临[1]界速度，在理论研究过程中一般没有采用抗蛇行运动减振器。事

3、实上，当磁流变的屈服应力较高时，该型车辆的临界速度大大降低，同传统车辆相比，已无多大的优势，必须采用抗蛇行减振器，这样既可提高其临界速度，又可极大改善车辆的高速曲线通过性能。本文通过建立具有抗蛇行运动减振器的磁流变耦合轮对整车空间动力学模型，来研究磁流变的屈服应力和抗蛇行减振器对车辆的临界速度和高速曲线通过性能的影响。1、磁流变耦合轮对的结构制动盘或驱动齿轮箱线圈吊耳螺栓耦合套筒外耦合盘内耦合盘轴承端盖MRF螺栓隔磁环隔磁环线圈图1磁流变耦合轮对的设计方案Fig.1designplanofMRFcoupledwheelset为了集成传统轮对和独立旋转车轮的优点、克服其不足，耦合轮对的左右车轮既

4、不完全固结，也不完全独立。对于磁流变耦合轮对，就是通过磁流变耦合器，使左右车轮达到适当程度的耦合，以获得磁流变耦合轮对车辆较佳的动力学性能。如图1所示：左轮不仅通过圆锥滚子轴承与车轴联接，并通过耦合套筒与左侧外耦合盘相连，两个外耦合盘通过球轴承与1本课题得到教育部博士点基金(20030613004)的资助。-1-http://www.paper.edu.cn车轴相连，这样外耦合盘就与左轮转速一致；内耦合盘经由隔磁环与车轴相连，内耦合盘同隔磁环之间、隔磁环同车轴之间均为过盈配合，这样内耦合盘与右轮转速相同。当电磁线圈有电流时，磁流变液受到的磁场的作用，其粘度就会产生几个数量级的变化，内外耦合盘的

5、转速就会不同，达到了耦合的目标；同时可根据线路的条件和车辆的运行状况来调节电磁线圈中的电流，使磁流变达到合适的粘度，可使该型车辆始终保持较佳的动力学性能。这也是本文计算采用的磁流变耦合器模型。2、动力学模型的建立对磁流变耦合轮对来说，左右车轮既不完全固结，也不完全独立，而是通过一个可看作抗扭转阻尼器的部件达到适当程度的联系，从而发挥固定轮对和独立旋转车轮的优点，克服或减轻二者的不足，实现较理想的动力学性能要求。相对于传统轮对来讲，耦合轮对只是增加了两个旋转自由度，因此，磁流变耦合车辆的自由度选择如表1，动力学模型如图2。表1车辆自由度Tab.1Freedomofvehicle刚体名称横移摇头侧

6、滚点头浮沉轮对yψβ，βwwLR构架yψθβzttttt车体yψθβzcccccvC2zK2zK1zC1zK2yC2yK1xK1yC2xK2xβΨ图2车辆系统动力学计算模型Fig.2Computationmodelofvehiclesystemdynamics左轮点头：Iβ&&=r(T+N)+rϕ(T+N)−T(1)wyw1L0xw1Lxw1L0w1Lyw1Lyw1Lvmw1右轮点头：Iβ&&=r(T+N)+rϕ(T+N)+T(2)wyw1R0xw1Rxw1R0w1Ryw1Ryw1Rvmw1将(1)、(2)式中的w改为w，w，w即可得到2、3、4位轮对的点头运动微分方程。式1234中的变量符号

7、函义说明如下：2I—轮对绕y轴的转动惯量/kg.m；wy-2-http://www.paper.edu.cnr—车轮的名义滚动圆半径/m；0T，T，T，T—分别为左右车轮所受到的纵向和横向蠕滑力/N；xw1Lyw1Lxw1Ryw1RN，N，N，N—分别为左右车轮受到轮轨法向力的纵向和横向分量/N；xw1Lxw1Ryw1Lyw1RF，F，F，F—分别为构架给予左右车轮的纵向和横向分力/N；tw1xL