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1、第6期(总第199期)机械工程与自动化No.62016年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2016)06-0008-03基于抗蛇行减振器实时特性的车辆动力学性能分析明星宇,傅茂海,贺文锦,雷明波(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:利用流体建模仿真软件AMESim和多体动力学分析软件SIMPACK分别建立抗蛇行减振器和高速车辆的仿真模型,通过联合仿真比较抗蛇行减振器阻尼分别采用F—v实时特性曲线和等效线性阻尼时车辆的动力学性能,并对比分析车辆在抗蛇行减振器失效、车轮磨耗后车辆的运动稳定性。计算结
2、果表明:采用F—v实时特性曲线时车辆的临界速度高于采用等效线性阻尼的临界速度,且运行平稳性也更好,但二者对车辆的曲线通过安全性的影响不大;减振器失效时,车辆的蛇行运动失稳临界速度显著降低。关键词:抗蛇行减振器;动力学性能;高速动车;实时特性中图分类号:TP391.7∶U260.11+2文献标识码:A0引言过固定节流孔和间隙进入储油腔。节流系统起到了调根据研究发现,车辆安装抗蛇行减振器能有效抑节阻尼和安全保护的作用,油液在流动过程中将产生制车辆的蛇形运动,提高车辆的运行品质和安全性。阻尼,起到衰减振动的作用。但目前国内对车辆减振器的基础理论研究较少,缺乏有效的仿真模型和详尽的试验数据,应
3、对其进行详细的分析和研究。本文基于某抗蛇行减振器的基本结构,利用流体建模仿真软件AMESim建立抗蛇行减振器的仿真模型,得到减振器的实时速度特性曲线(F—v曲线,F为阻尼力,v为活塞振动速度)和等效线性阻尼;利用SIMPACK多体动力学软件建立整车模型,联合仿真得到抗蛇行减振器的实时速度特性曲线和等效线性阻尼对车辆动力学性能的影响,并计算了在抗图1油液单向流动式抗蛇行减振器蛇行减振器失效工况下车辆的临界速度。1抗蛇行减振器的结构和工作原理铁路车辆抗蛇行减振器安装在车体与转向架构架之间。当机车车辆以较高速度运行时,转向架将产生周期性的横移和摇头运动,即蛇行运动。车辆运行速度过高,可能产生
4、失稳的蛇行运动是车辆在使用过程中应绝对避免的。本文选取的抗蛇行减振器为油液单向流动式,如图1所示。压缩行程中,减振器底部单向阀关闭,减振器下腔油液经活塞单向阀流向减振器上腔。由于活塞杆占据活塞上腔的一部分容积,部分从图23个阻尼调节阀的结构示意图下腔流入上腔的油液需经过上腔上部的阻尼调节阀流入储油腔。拉伸行程中,减振器活塞的单向阀关闭,上2减振器仿真模型的建立根据抗蛇行减振器各元件的结构尺寸参数和工作腔的油液经阻尼调节阀进入储油腔,储油腔中的油液原理在AMESim软件中搭建出各子模型,再根据抗蛇通过底阀上的单向阀进入减振器下腔。行减振器的工作原理连接各子模型,建立减振器的仿减振器上腔的
5、节流系统由3个阻尼调节阀组成,3真模型。个阀的结构各不相同,如图2所示。阻尼调节阀结构根据减振器实际参数设置减振器仿真模型的参中都包括可动阀芯、固定节流孔、可调弹簧。低速时,数,仿真激励信号为振幅为25mm的正弦激励,通过上腔的压力较小,油液经过固定节流孔流入储油腔;高仿真得出减振器的示功图(F—S曲线,F为阻尼力,S速时,上腔的油液压力增大,油液压力克服弹簧预紧为活塞位移),如图3所示。根据示功图得到减振器速力,推动可动阀芯使阀芯和阀座之间产生间隙,油液通收稿日期:2016-03-21;修订日期:2016-09-10作者简介:明星宇(1991-),男,重庆人,在读硕士研究生,主要从事
6、机车车辆设计及理论研究。2016年第6期明星宇,等:基于抗蛇行减振器实时特性的车辆动力学性能分析·9·度特性曲线(F—v曲线),如图4所示。由图4可知,3.2蛇行运动稳定性抗蛇行减振器其速度与阻尼力不是线性关系。等效线在车辆蛇行运动的振型中,只要有一个振型的幅性阻尼C0取减振器卸荷前的阻尼力和速度的比值,值在某一速度下既不扩大也不衰减呈等幅稳态振动,-1。而其他振型均呈衰减振动,此时车辆运行速度就称为C0=488675N／ms3动车仿真建模计算及分析车辆蛇行运动失稳临界速度。计算中根据轮对横移量3.1动力学计算的方法判定车辆蛇行失稳,在车辆转向架前轮对施加利用SIMPACK多体动力学软
7、件建立某高速动10mm横向位移,对车辆在平直轨道上的运行情况进车的整车动力学模型进行动力学性能分析计算,其中行仿真。通过计算和判定,当抗蛇行减振器的阻尼选抗蛇行减振器的阻尼采用文中选取的抗蛇行减振器计取图6(a)的实时F—v曲线时,蛇行运动失稳临界速算所得值,动力学计算模型如图5所示。动力学性能度约为704km／h;当阻尼选取等效线性阻尼C0时,临指标根据《200km／h及以上速度级电动车组动力学性界速度约为665km／h,如图6(b)所示。由
