铁路车辆油压减振器动力学数值仿真.docVIP

铁路车辆油压减振器动力学数值仿真 第24卷第3期 2005年6月 兰州交通大学(自然科学版) JournalofLanzhouJiaotongUniversity(NaturalSciences) V0L24No.3 June.2005 文章编号:1001-4373(2005)03-0008-04 铁路车辆油压减振器动力学数值仿真 吴国祥,史百战,孙启国,马旭红 (1.兰州交通大学系统分析与集成研究所,甘肃兰州730070;2.上海铁路先行机电有限公司,上海201802) 摘要:以铁路车辆减振器为例,建立了减振器系统动力学的模型,应用MATLAB研究了系统的位移,幅频特性 和相频特性.仿真结果表明,系统振动振幅经几个周期后逐渐衰减并趋于稳定;随着附加质量的增加,低阶共振频 率减小,低阶振幅增大,而高阶共振频率变化不明显;随着减振器等效刚度的增加,低阶共振频率增大,低阶振幅明 显增大,而高阶共振频率变化不明显}随着减振器阻尼的增加,低阶共振频率变化不明显,低阶振幅明显下降,而高 阶共振频率降低. 关键词:油压减振器;动力学;仿真 中图分类号:U27o.11文献标识码:A 0引言 油压减振器是铁路车辆上的一个重要部件,其 阻尼元件的可靠性及减振性能的好坏直接影响着铁 路车辆的性能.随着铁路提速的发展,列车的安全性 和舒适性显得十分重要.而对此影响的因素中,油压 减振器的作用显得尤为突出. 国内对减振器的研究,大致局限在油压减振器的 阻尼特性分析,对其内,外特性关系进行仿真_1.z;或 是将油压减振器与悬挂弹簧并联在转向架系统中进 行动力学建模[3].其局限性在于都没有考虑油压减振 器端部上,下连接件的刚度和阻尼.文献[4]虽然建立 了轿车减振器台架试验动力学模型,但对油压减振器 的幅频,相频特性讨论较少.而幅频,相频特性的研究 对于分析和设计减振器动力学参数,合理选择连接结 构型式以减小振动有一定的意义,故本文在此基础上 以铁路车辆油压减振器为研究对象,建立系统动力学 方程,并对其进行了动力学仿真.需要指出的是虽然 减振器系统的阻尼并不是完全线性的,但在小振幅的 情况下视其为线性是可行的.为了简化模型,本文以 线性问题来研究其特性. 1系统动力学方程的建立 根据油压减振器结构和动态运动与连接的关 系,建立如图1所示的系统动力学模型.图中,m为 收稿日期:2004—12—16 作者简介:吴国祥(1974一),男,甘肃天水人,硕士研究生. 上连接件,附加质量,mz为活塞,活塞杆和防尘罩的 质量,m3为缸筒,下连接件的质量;,.,.分别为 l,z,讹对激励Xo的响应;,k,kd分别为上连接 件刚度,减振器等效刚度,下连接件的刚度,c,Cd 分别为上连接件阻尼,减振器活塞与缸筒间阻尼,下 连接件的阻尼. 丢三]匮]+≤u÷u]匡]+-- k瑚0一硼+硼 第3期吴国祥等:铁路车辆油压减振器动力学数值仿真9 r蚪计+爱确妻 H(—Xl一『=H瓦,H雨2(1--HsHsHT)(3) 式中:H1一CdS+kd,霎o H2一而, H3一CS+k,H4一CS+k, H5一1 , H8一CuS+k, H7一. 2系统仿真及结果分析 2.1传递特性计算与结果分析 给定系统仿真的参数如下:m一6.24kg,mz 一 8.36kg,3—200kg;k一6.25kN/mm,ke一 6.25kN/mm;C一0.832N?s/m,Cd一0.832 N?s/m;k,C的取值与减振器油液的装载量和活塞 的位置有关. 在式(3)中令S一面,即得系统的频率特性.用 MATLAB计算系统的幅频特性和相频特性曲线如 图2,3所示. 图2系统的幅频特性 Fig.2Amplitude-frequmcychar~teristicsofthesystem 经计算可得,随着频率的升高,系统共出现三个 谐振峰值,分别代表了系统的三个固有频率191.5, 2893.4,3491.2Hz.在图2,3中,由于减振器阻尼 系数较大,抑制了第三个固有频率,以致在图中峰值 不能显示.另外,工作中激励最高频率应低于系统固 有频率,以免产生共振. 2.2应用SIMUIINK仿真及结果分析 应用SIMUIINK建立传递函数模块交互仿真 S一域模型为: 嬷m(2) f}Hz 图3系统的相频特性 Fig.3Phase-frequencycharacteristicsofthesystem 模型,由于铁路轨道的高低周期性不平顺,参照测试 试验台的某些技术参数引,故在Fcn中输人为正弦 激励,激励频率选为8.04Hz,仿真模型见图4. 图4仿真模型图 Fig.4Modelfigureofthesimulation 图5～7分别为仿真得出的时域响应结果.由 计算结果可见,系统振幅经几个周期后逐渐衰减并 趋于稳定,仿