机车限制运营速度提高的原因分析

杨林曼 张赞

(莱钢运输部,山东莱芜 271100)

机车限制运营速度提高的原因分析

杨林曼 张赞

(莱钢运输部,山东莱芜 271100)

近年来世界各国的铁路进入了一个飞速发展时期,机车运行速度不断提高,为了减小提速机车的异常振动,提高机车运行平稳性,以抗蛇行减振器为研究对象,运用车辆动力学理论,建立减振器模型,从机车抗蛇行减振器结构参数、卸荷速度、温度入手,利用MATLAB/SIMULINK进行仿真,研究了抗蛇行减振器与机车运行平稳性的关系。

铁路机车 阻尼 减振器 动力学 平稳性

在保证安全性、平稳性的前提下,不断实现高速运行是各国铁路不懈追求的目标和发展趋势,然而这涉及到多方面的技术问题。要在既有的铁路线路上实现高速化,关键在于研制出高性能的车辆,就是能研制出动力学性能优良的转向架。改进现有转向架的工作,主要集中在优化悬挂参数方面。

以抗蛇行油压减振器为研究对象,对减振器的结构阻尼参数、卸荷速度以及温度与机车运行平稳性的关系进行研究,从而探明抗蛇行减振器对提速车辆异常振动的影响,从而达到提高机车运行平稳性的目的。仿真计算与实际经验表明:抗蛇行油压减振器的参数对机车车辆的平稳性有着重要影响,而对机车车辆的曲线通过能力影响很小。平稳性是横向振动中最为核心的动力学性能指标,因此选取机车运行平稳性作为研究对象。

1 减振器的动力学仿真平台

在建立减振器数学模型的基础上,可以通过仿真,研究可调阻尼减振器在不同条件下的动力学性能,分析减振器主要的结构参数对其动力学性能的影响,以及各种结构参数对其影响程度的大小。通过仿真分析,可以得到减振器最佳的结构参数。

2 抗蛇形油压减振器动力学性能的主要影响因素

2.1 节流阀的结构和参数

对于减振器受到的冲击,进行仿真时可以简化为一个激励信号,并对这一激励信号做出响应。仿真的过程能够实时的反应激励信号从输入到输出整个过程中减振器的外特性。根据中国减振器台架试验标准QC/T545-1999的规定,在测试减振器的外特性时,采用正弦激励方式。

活塞相对于工作缸作往复谐波运动的规律为:

S=Asinωt

活塞与工作缸的相对运动速度为:

式中:

A——活塞运动的最大位移;

ω——活塞运动的角频率;

t——时间。

减振器拉伸压缩时, 对活塞杆处液流截面和节流孔处截面利用伯努利方程可推导出阻力表达式为:

式中

Ω——活塞上部液流的截面积;

γ——液体的重率;

μ——孔口流量系数;

f——节流孔面积;

v——活塞运动速度。

图1 阻尼特性的示功图

图2 速度特性曲线

图3 不同温度示功图

图4 不同温度速度曲线

2.2 节流孔的开度对阻尼特性的影响

通过调节节流孔的大小,能够实现减振器阻尼的主动可调。所选取的外加激励为一正弦激励,振幅A=85mm,频率为1.67Hz,将减振器的节流孔的开度分为五种情况分别进行仿真分析,选取全闭、1/4开、2/4开、3/4开、全开这五种状态,在这五种情况下仿真得到的阻尼特性的示功图和速度特性图如图1和图2所示。由流体力学的知识可知当节流孔的开度增加时,减振器油液的流通面积增加,产生的相应阻尼力就减小,仿真的图像完全符合这一特性。从图中可以得知当开度为零时,减振器此时在运动的平衡位置产生的最大阻尼力为2750N,而开度为全开时,减振器相应位置的最大阻尼力为1800N。很容易得出当减振器的开度不同时,减振器的阻尼特性有明显的区别,这样减振器的阻尼可调范围就变得很宽,因此实现了阻尼可调的功能。

2.3 粘温特性

所谓粘温特性指的是减振器油液的粘度会随着温度的改变而发生变化。油液的粘度随着温度的升高而减小,随着温度的降低而增大。可以用以下公式来表示粘温特性:

式中:

μ(t)——油液在温度t时的动力粘度,单位是N·s/m2;

μ(t)——油液在初始温度t0时的动力粘度,单位是 N·s/m2;λ ——油液粘度指数,一般在0.035～0.052之间。

分别在25℃和45℃温度条件下,分析减振器阻尼力的变化情况。如图3和4所示,随着温度的增加,减振器阻尼力减小。

3 结语

本文主要工作是对于抗蛇形压减振器的各主要的结构参数,进行动力学性能进行仿真,利用得到的数据进行综合分析,得到了不同结构参数对减振器的内特性仿真曲线。主要参数的影响结果为:节流孔的开度增加,阻尼力减小;粘度指数较高的油液会使油液随温度的变化情况减小,这样才能使减振器的温度特性和阻尼特性达到最优化。

[1]任尊松.车辆系统动力学[M].北京:中国铁道出版社,2007.

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