抗蛇行減振器節(jié)點(diǎn)對(duì)鐵道車輛臨界速度的影響

蒯榮生　王瓊

摘 要：針對(duì)減振器與節(jié)點(diǎn)串聯(lián)后表現(xiàn)的剛度顯著特性或阻尼顯著特性的現(xiàn)象，文章建立了單自由度模型以說明即使是相同的固有頻率及相對(duì)阻尼比，也會(huì)有不同的頻響特性。利用SIMPACK動(dòng)力學(xué)方正軟件，分析動(dòng)車組在不同特性抗蛇行減振器作用下的臨界速度，并與整車臺(tái)架滾振試驗(yàn)相印證。得出抗蛇行減振器的節(jié)點(diǎn)剛度選擇需要經(jīng)過仿真及試驗(yàn)后確定。

關(guān)鍵詞：鐵路車輛；減振器；極限頻率；臨界速度

中圖分類號(hào)：U270.331+ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）05-0095-03

鐵路車輛由于其特殊性，隨著運(yùn)行速度的上升，就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向架左右自激振動(dòng)導(dǎo)致車輪輪緣與鋼軌劇烈碰撞，導(dǎo)致輪軌損傷和脫軌。車輛設(shè)計(jì)時(shí)必須使運(yùn)營速度遠(yuǎn)小于蛇行運(yùn)動(dòng)極限速度。

高速列車為了提高其臨界速度通常用抗蛇行油壓減振器，其可以大幅提高運(yùn)營速度。抗蛇行減振器一般與橡膠節(jié)點(diǎn)串聯(lián)，傳統(tǒng)認(rèn)為橡膠節(jié)點(diǎn)對(duì)振動(dòng)沖擊起緩沖作用，還有保護(hù)減振器的作用，其剛度由減振器的設(shè)計(jì)部門確定，而非由車輛懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

本文主要研究抗蛇行減振器節(jié)點(diǎn)對(duì)列車臨界速度的影響。

1 單自由度模型

首先分析抗蛇行減振器串聯(lián)橡膠節(jié)點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型。

1.3 小 結(jié)

即使頻率和相對(duì)阻尼比（減振器阻尼特性和剛度特性的系統(tǒng)）非常接近也可能導(dǎo)致頻響特性有很大差異。

①阻尼顯著特性放大倍率在高頻時(shí)大于剛度顯著特性；

②頻響特性在低于自振頻率相差較小，高于自振頻率時(shí)隨著頻率的增大其頻響傳遞倍率相差越大。

2 整車臨界速度分析

在SIMPACK動(dòng)力學(xué)仿真模型中建立某型動(dòng)車組整車模型，如圖5所示。

對(duì)整車進(jìn)行線性分析。該型動(dòng)車組軸距為2.5 m，滾動(dòng)圓跨距為1.493 m，滾動(dòng)半徑為0.43，轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)波長(zhǎng)約為34 m?？股咝袦p振器采用兩種方案：

①減振器帶節(jié)點(diǎn)，極限頻率為0.575 Hz。極限頻率對(duì)應(yīng)的速度為70.5 km/h。

②沒有彈性節(jié)點(diǎn)。根軌跡結(jié)果，剛度顯著特性抗蛇行減振器，如圖6所示。阻尼顯著特性抗蛇行減振器，如圖7所示。

根軌跡計(jì)算以速度為變參數(shù)（100～400 km/h）考察整車線性特征根。由計(jì)算結(jié)果可知，剛度顯著特性抗蛇行減振器與阻尼顯著特性抗蛇行減振器結(jié)果差異較大。剛度顯著特性臨界速度遠(yuǎn)大于400 km/h，而純阻尼線性臨界速度僅為260 km/h。

3 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果

機(jī)車車輛滾動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)如圖8所示，被試車輛實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝示意圖，如圖9所示。該試驗(yàn)臺(tái)模擬軌道的滾輪可同時(shí)進(jìn)行滾動(dòng)和橫向、垂向激振，以模擬車輛在實(shí)際線路上的運(yùn)行工況。試驗(yàn)臺(tái)除機(jī)械總體外，還有驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、激振控制系統(tǒng)和總監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)四根軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)控制，以及各激振器的激振輸入控制。

抗蛇行減振器節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性影響，見表2。

小結(jié)：從結(jié)果可以看出阻尼系數(shù)不變的情況下節(jié)點(diǎn)剛度越大臨界速度越低。

4 結(jié) 語

①即使頻率和相對(duì)阻尼比（減振器阻尼特性和剛度特性的系統(tǒng)）非常接近也可能導(dǎo)致頻響特性有很大差異。

②阻尼顯著特性放大倍率在高頻時(shí)大于剛度顯著特性。

③頻響特性在低于自振頻率相差較小，高于自振頻率時(shí)隨著頻率的增大其頻響傳遞倍率相差越大。

④對(duì)于抗蛇行減振器節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)臨界速度影響很大，需要根據(jù)車輛系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配，并通過動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)后確定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李龍.高速車輛運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[2] 黃盈.抗蛇行減振器對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響[D].南昌：南昌大學(xué)，2011.

[3] 劉俞銘.減振器設(shè)計(jì)選型與質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊(cè)[M].哈爾濱：北 方工業(yè)出版社，2012.

[4] 曾京，鄔平波.減振器橡膠節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)鐵道客車系統(tǒng)臨界速度的影響 [J].中國鐵道科學(xué)，2008，（2）.

[5] 陸冠東.串聯(lián)剛度對(duì)液壓減振器特性的影響[J].試驗(yàn)研究，2007，（2）.

[6] 王福天.車輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：中國鐵道科學(xué)出版社，1981.

[7] 嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京：中國鐵道出版社，2002.