400t混鐵車動態(tài)仿真分析

支國云

摘要：目前我國最大混鐵車的載重是360t，已不能滿足運輸高爐鐵水的需要，開發(fā)400t混鐵車有較大的市場需求。使用ADAMS軟件建立了混鐵車轉(zhuǎn)向架及車體模型，設定了轉(zhuǎn)向架與車架的約束關系。對車輛模型進行了動力學分析。

關鍵詞：混鐵車、動力學分析、多體動力學

引言

混鐵車是鋼鐵企業(yè)用來運輸高爐鐵水的專用運輸車輛。它可以短時間貯存過量的鐵水，必要時還可在混鐵車內(nèi)進行脫硫、脫磷、脫硅等“三脫”作業(yè)，以縮短鋼水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冶煉時間[1]。

混鐵車具有裝載鐵水容量大；熱量損失少、保溫性能好；罐體內(nèi)襯壽命長、內(nèi)襯使用量少，節(jié)約耐材、降低能耗；自帶傾翻機構，傾翻作業(yè)方便，具有良好的機動性；輔助傾翻設備少，工藝流程簡化等特點。

目前國內(nèi)最大的混鐵車為360t，根據(jù)需要開發(fā)了400t混鐵車。因為鋼鐵企業(yè)由于受廠房占地面積的限制，從高爐出鐵廠到轉(zhuǎn)爐煉鋼車間的線路主要以小半徑曲線（最小為80m）為主。如果混鐵車的運行平穩(wěn)性和曲線通過性能不好，有可能導致混鐵車脫軌的惡性事故，影響鋼鐵企業(yè)整個的生產(chǎn)運營，后果將不堪設想。因此需要對其動力學性能進行嚴格的計算才能使用。

2.動力學建模

混鐵車各部件之間有相互作用力和相互運動，還有輪軌間的相互關系。建模時依據(jù)研究的主要目的，突出主要因素，對次要因素進行相應簡化[2]。建立動力學模型時做以下假定。

2.1.忽略各個部件的彈性變形，把所有零部件都視作剛體，即在模型的分析過程中不考慮其本身的變化。這假設對平順性分析所帶來的誤差是可以接受的。

2.2.假設實際的混鐵車存在二系彈簧，且其剛度非常的大可以視為剛性連接。實際的混鐵車并不存在二系彈簧，而在ADAMS/Rail建模的過程中必須建立二系的彈簧，因為二系彈簧是用來連接車體和轉(zhuǎn)向架的。

2.3.把單獨勻速運動的一輛混鐵車作為研究對象，不包括相鄰車輛之間的影響。

2.4.不考慮軌道的彈性變形對計算的影響。

2.5.車體、轉(zhuǎn)向架各部件及懸掛均對稱布置[3]。

基于以上假設，可利用ADAMS/rail軟件建立混鐵車的動力學模型。為了使仿真結(jié)果更接近實際；這就要求我們在建模時要盡可能的保證參數(shù)的一致性[4]。

3.混鐵車動力學仿真分析

混鐵車動力學主要研究在各種運行條件下，運行時產(chǎn)生的位移，速度，加速度和動作用力。其目的主要用于解決下列問題：

3.1.確定混鐵車在線路上安全運行的條件，如脫軌系數(shù)。

3.2.研究混鐵車用懸架裝置的振動和動力荷載傳遞效果的參數(shù)和性能，并為這些設備提供設計基準，以確保混鐵車的安全和平穩(wěn)的運行。

3.3.確定動載荷的特征，為計算混鐵車動作用力提供依據(jù)。

利用ADAMS軟件后處理系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中可以繪制分析結(jié)果的曲線，可以更直觀的對其各種特性進行分析。模型在指定的軌道上運行時的速度變化曲線，模型以4m/s的速度進入軌道的直線部分，運行一段時間后到過渡曲線段，速度達3.6m/s左右，此時脫軌系數(shù)達到最高值。

圖2為模型的脫軌系數(shù)曲線，可以清晰地看出曲線大致可以分為三個部分：①直線部分：為模型在軌道的直線部分運行時的脫軌系數(shù)，在直線行駛時脫軌系數(shù)不會發(fā)生變化。②過渡階段：在此段內(nèi)模型的脫軌系數(shù)達到最高值，因為模型以高速進入軌道的過渡曲線段。③穩(wěn)定階段：在此段脫軌系數(shù)趨于穩(wěn)定，因為模型進入圓形軌道，而且速度變化也很小，所以脫軌系數(shù)開始趨于穩(wěn)定。

4.結(jié)論

通過建立混鐵車動力學模型，對車輛模型進行了系統(tǒng)分析，包括預載荷分析、線性分析、動力學分析。在動力學分析中得到車輛在特定線路上運行的位移、速度，濡滑力，脫軌系數(shù)曲線等。計算表明結(jié)構設計合理，能夠滿足使用要求。

參考文獻：

[1]劉道忠.國產(chǎn)混鐵車系列產(chǎn)品介紹[J].鐵道車輛，1998，36（2）：29.

[2]沈志云.鐵道機車車輛非線性穩(wěn)態(tài)曲線通過的簡化計算[J].西南交通大學學報，1982（3） ：45-46.

[3]邵文東.35.7t軸重貨車轉(zhuǎn)向架的研制[D] .大連：大連交通大學，2008.

[4] XIE SUMING， YUE LINGHAN， GAO YANG， et al. Based on firm-soft mixture model 300T hot-metal car dynamics simulation[J]. computer simulation，2007，24（1） ：270-273.