機(jī)車限制運(yùn)營速度提高的原因分析

楊林曼 張贊

(萊鋼運(yùn)輸部,山東萊蕪 271100)

機(jī)車限制運(yùn)營速度提高的原因分析

楊林曼 張贊

(萊鋼運(yùn)輸部,山東萊蕪 271100)

近年來世界各國的鐵路進(jìn)入了一個飛速發(fā)展時期,機(jī)車運(yùn)行速度不斷提高,為了減小提速機(jī)車的異常振動,提高機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性,以抗蛇行減振器為研究對象,運(yùn)用車輛動力學(xué)理論,建立減振器模型,從機(jī)車抗蛇行減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)、卸荷速度、溫度入手,利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行仿真,研究了抗蛇行減振器與機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性的關(guān)系。

鐵路機(jī)車 阻尼 減振器 動力學(xué) 平穩(wěn)性

在保證安全性、平穩(wěn)性的前提下,不斷實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行是各國鐵路不懈追求的目標(biāo)和發(fā)展趨勢,然而這涉及到多方面的技術(shù)問題。要在既有的鐵路線路上實(shí)現(xiàn)高速化,關(guān)鍵在于研制出高性能的車輛,就是能研制出動力學(xué)性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向架。改進(jìn)現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架的工作,主要集中在優(yōu)化懸掛參數(shù)方面。

以抗蛇行油壓減振器為研究對象,對減振器的結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù)、卸荷速度以及溫度與機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性的關(guān)系進(jìn)行研究,從而探明抗蛇行減振器對提速車輛異常振動的影響,從而達(dá)到提高機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性的目的。仿真計(jì)算與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明:抗蛇行油壓減振器的參數(shù)對機(jī)車車輛的平穩(wěn)性有著重要影響,而對機(jī)車車輛的曲線通過能力影響很小。平穩(wěn)性是橫向振動中最為核心的動力學(xué)性能指標(biāo),因此選取機(jī)車運(yùn)行平穩(wěn)性作為研究對象。

1 減振器的動力學(xué)仿真平臺

在建立減振器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,可以通過仿真,研究可調(diào)阻尼減振器在不同條件下的動力學(xué)性能,分析減振器主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動力學(xué)性能的影響,以及各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對其影響程度的大小。通過仿真分析,可以得到減振器最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2 抗蛇形油壓減振器動力學(xué)性能的主要影響因素

2.1 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

對于減振器受到的沖擊,進(jìn)行仿真時可以簡化為一個激勵信號,并對這一激勵信號做出響應(yīng)。仿真的過程能夠?qū)崟r的反應(yīng)激勵信號從輸入到輸出整個過程中減振器的外特性。根據(jù)中國減振器臺架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)QC/T545-1999的規(guī)定,在測試減振器的外特性時,采用正弦激勵方式。

活塞相對于工作缸作往復(fù)諧波運(yùn)動的規(guī)律為:

S=Asinωt

活塞與工作缸的相對運(yùn)動速度為:

式中:

A——活塞運(yùn)動的最大位移;

ω——活塞運(yùn)動的角頻率;

t——時間。

減振器拉伸壓縮時, 對活塞桿處液流截面和節(jié)流孔處截面利用伯努利方程可推導(dǎo)出阻力表達(dá)式為:

式中

Ω——活塞上部液流的截面積;

γ——液體的重率;

μ——孔口流量系數(shù);

f——節(jié)流孔面積;

v——活塞運(yùn)動速度。

圖1 阻尼特性的示功圖

圖2 速度特性曲線

圖3 不同溫度示功圖

圖4 不同溫度速度曲線

2.2 節(jié)流孔的開度對阻尼特性的影響

通過調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大小,能夠?qū)崿F(xiàn)減振器阻尼的主動可調(diào)。所選取的外加激勵為一正弦激勵,振幅A=85mm,頻率為1.67Hz,將減振器的節(jié)流孔的開度分為五種情況分別進(jìn)行仿真分析,選取全閉、1/4開、2/4開、3/4開、全開這五種狀態(tài),在這五種情況下仿真得到的阻尼特性的示功圖和速度特性圖如圖1和圖2所示。由流體力學(xué)的知識可知當(dāng)節(jié)流孔的開度增加時,減振器油液的流通面積增加,產(chǎn)生的相應(yīng)阻尼力就減小,仿真的圖像完全符合這一特性。從圖中可以得知當(dāng)開度為零時,減振器此時在運(yùn)動的平衡位置產(chǎn)生的最大阻尼力為2750N,而開度為全開時,減振器相應(yīng)位置的最大阻尼力為1800N。很容易得出當(dāng)減振器的開度不同時,減振器的阻尼特性有明顯的區(qū)別,這樣減振器的阻尼可調(diào)范圍就變得很寬,因此實(shí)現(xiàn)了阻尼可調(diào)的功能。

2.3 粘溫特性

所謂粘溫特性指的是減振器油液的粘度會隨著溫度的改變而發(fā)生變化。油液的粘度隨著溫度的升高而減小,隨著溫度的降低而增大?？梢杂靡韵鹿絹肀硎菊硿靥匦?

式中:

μ(t)——油液在溫度t時的動力粘度,單位是N·s/m2;

μ(t)——油液在初始溫度t0時的動力粘度,單位是 N·s/m2;λ ——油液粘度指數(shù),一般在0.035～0.052之間。

分別在25℃和45℃溫度條件下,分析減振器阻尼力的變化情況。如圖3和4所示,隨著溫度的增加,減振器阻尼力減小。

3 結(jié)語

本文主要工作是對于抗蛇形壓減振器的各主要的結(jié)構(gòu)參數(shù),進(jìn)行動力學(xué)性能進(jìn)行仿真,利用得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,得到了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對減振器的內(nèi)特性仿真曲線。主要參數(shù)的影響結(jié)果為:節(jié)流孔的開度增加,阻尼力減小;粘度指數(shù)較高的油液會使油液隨溫度的變化情況減小,這樣才能使減振器的溫度特性和阻尼特性達(dá)到最優(yōu)化。

[1]任尊松.車輛系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

[2]KON I Railway Shock A bso rbers Technical P resentat i on[Z].KON I ITT AU TOMOT I V E.1994 .