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抗蛇行减振器安装位置及参数对机车动力学性能的影响分析

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 机车动力学模型及评定标准

2.1 机车动力学模型

2.1.1 机车动力学模型概述

2.1.2 机车轮轨接触关系

2.1.3 机车的主要性能参数

2.1.4 轮轨间蠕滑力和法向力计算模型的选择

2.1.5 轨下基础的模拟方法

2.1.6 轮轨系统激扰模型的选择

2.2 机车动力学性能评价标准的选择

2.2.1 机车运行安全性评价标准的选择

2.2.2 机车运行平稳性评价标准的选择

2.2.3 机车与轨道动态作用性能评价标准的选择

2.3 本章小结

第3章 抗蛇行减振器横向安装位置对机车动力学性能的影响

3.1 对机车蛇行运动稳定性能的影响

3.1.1 机车临界速度的计算方法

3.1.2 机车的临界速度

3.2 对机车运行平稳性能的影响

3.3 对机车曲线通过性能的影响

3.4 改变抗蛇行减振器横向跨距带来的问题及解决方案

3.5 本章小结

第4章 抗蛇行减振器模型的分析及仿真验证

4.1 液压减振器建模方法及振动方程

4.2 横向-抗蛇行减振器可行性的初步验证

4.3 本章小结

第5章 横向-抗蛇行减振器对机车动力学性能的影响

5.1 对机车运动稳定性能的影响

5.1.1 串联刚度及卸荷速度对机车运动稳定性能的影响

5.1.2 卸荷速度及卸荷力对机车运动稳定性能的影响

5.1.3 阻尼系数及卸荷力对机车运动稳定性能的影响

5.1.4 截止频率对机车运动稳定性能的影响

5.2 对机车运行平稳性能的影响

5.2.1 卸荷速度与串联刚度对机车运行平稳性能的影响

5.2.2 卸荷速度与卸荷力对机车运行平稳性能的影响

5.3 对机车曲线通过性能的影响

5.3.1 卸荷速度与串联刚度对机车曲线通过性能的影响

5.3.2 卸荷速度与卸荷力对机车曲线通过性能的影响

5.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

抗蛇行减振器是保证机车高速运动稳定性及高速运行平稳性的关键部件,其安装位置、性能参数的变化都会对机车的动力学性能产生显著的影响。基于此,本文运用机车车辆动力学理论、借助多刚体动力学仿真软件SIMPACK、以机车车辆动力学指标为依据,系统分析了抗蛇行减振器安装位置与性能参数间的匹配关系对机车动力学性能的影响。
  首先,在抗蛇行减振器性能参数不变的情况下,仿真分析了减振器横向安装位置的变化对机车动力学性能的影响。研究表明:增大抗蛇行减振器的横向安装跨距可以显著提高机车的临界速度、改善机车的横向平稳性能,对机车的垂向平稳性能及机车通过小半径(R400m)曲线时的轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力指标基本没有影响。增大抗蛇行减振器的横向安装跨距,增强了抗蛇行减振器对转向架相对于车体摇头运动的敏感性,能更有效地抑制机车高速运行时的蛇行运动。
  但是,抗蛇行减振器横向安装跨距过大将造成机车超出限界。基于上述研究及问题,本文采用去除横向减振器,并将抗蛇行减振器横向布置于构架端梁之上的方案,使其同时发挥了抗蛇行减振器和横向减振器的作用,进一步优化了机车的动力学性能,并且使得机车转向架不必再安装横向减振器,简化了转向架的结构。
  本文将抗蛇行减振器横向安装于端梁位置后,系统分析了该安装位置下抗蛇行减振器的串联刚度、卸荷速度、卸荷力与截止频率间的几组匹配关系对机车动力学性能的影响。研究表明:在卸荷力一定的情况下,抗蛇行减振器的串联刚度对机车的非线性临界速度影响显著,但其影响程度与卸荷速度的取值有关。在串联刚度一定的情况下,抗蛇行减振器的卸荷力与卸荷速度对机车的非线性临界速度也有显著的影响:当卸荷速度取值较大时,机车的临界速度与减振器的阻尼系数成正比;当卸荷速度取值较小时,机车非线性临界速度基本维持不变;在相同的卸荷速度下,卸荷力越大,机车所能获得的非线性临界速度就越高。机车的非线性临界速度随抗蛇行减振器性能参数变化而变化的趋势是由减振器的截止频率及阻尼系数决定的:截止频率决定非线性临界速度的变化趋势,阻尼系数决定非线性临界速度的变化幅度。在卸荷力一定的情况下,机车的横向平稳性指标随卸荷速度的减小而逐步恶化,串联刚度越大,这一趋势越明显;在串联刚度一定的情况下,机车的横向平稳性指标随卸荷力的增大而逐步恶化,卸荷速度越小,恶化越严重。抗蛇行减振器性能参数的变化对机车的垂向平稳性指标基本没有影响。在卸荷力一定的情况下,改变减振器的串联刚度和卸荷速度,对机车通过小半径曲线时的轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力指标基本没有影响;在串联刚度不变的情况下,增大卸荷力使机车通过小半径曲线时的轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力指标出现先优化后恶化的趋势;在串联刚度一定的情况下,增大减振器卸荷速度的取值,可以优化机车通过小半径曲线时的轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力指标,并且卸荷力越大,这一趋势越明显。

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