抗蛇行减振器在高速机车构架上安装位置和分布方式研究.pdfVIP

抗蛇行减振器在高速机车构架上

安装位置和分布方式研究

李广，姚远

西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031

摘要：本文针对抗蛇行减振器在高速机车构架上的安装位置和分布方式进行研究。通过学

习SIMPACK脚本语言，建立与MATLAB的联合仿真接口，并引入基因遗传算法。利用多

体动力学软件SIMPACK建立某高速机车动力学模型，提出抗蛇行减振器以平行分布、八字

型分布和有角度斜对称分布方式连接于构架端部和中间位置的六种抗蛇行减振器布置方

式，并以线性稳定性为目标进行多目标优化；结果发现：当抗蛇行减振器连接于构架中间

时，高速机车可以获得较好的低锥度和高锥度线性稳定性。随后，在抗蛇行减振器连接于

构架中间的前提下，提出了四种抗蛇行减振器分布方式，并以轮轴横向力和横向平稳性指

标为目标进行多目标优化；结果发现：在高速机车抗蛇行减振器连接于构架端部前提下，

抗蛇行减振器采用平行和无角度斜对称分布时，高速机车能够同时获得较小的轮轴横向力

和较好的车体横向平稳性；而抗蛇行减振器采用八字型和有角度斜对称分布时，车体的横

向平稳性较差，尤其是有角度斜对称分布。

关键词：抗蛇行减振器安装位置分布方式多目标优化联合仿真

1.前沿

抗蛇行减振器作为高速机车上的一个重要部件，对机车的动力学性能影响较大，合理

地选取抗蛇行减振器参数和正确选择抗蛇行减振器在转向架上的安装位置和分布方式是十

分重要的。目前，有很多学者针对抗蛇行减振器的参数对机车的动力学性能影响进行了深

入的研究，但对抗蛇行减振器在构架上安装位置及分布方式的研究还很匮乏。

罗赟等人分析了减振器卸荷特性对2B0动力车动力学性能的影响，结果发现通过增大

卸荷速度可以降低平稳性对卸荷阻力改变的敏感程度，以保证动力车平稳性能的稳定，且

指出二系横向止挡间隙应该与二系横向减振器阻力特性进行合理匹配，以获得良好的曲线

[1]

通过性能。刘建新等人研究了抗蛇行减振器的工作状态、卸荷速度和结构阻尼等参数对

[2]

机车运行平稳性的影响，并得出机车抗蛇行减振器的卸荷速度取0.02m/s时最佳的结论。

马卫华等人研究了抗蛇行减振器的安装刚度对车辆系统动力学性能的影响，抗蛇行减振器

的安装刚度能够影响减振器阻尼力的发挥，从而影响车辆蛇行稳定性、平稳性、轮轴横向

力和脱轨系数等，并指出抗蛇行减振器的安装刚度存在最优范围且选取时需要考虑与一二

[3][4]

系各悬挂刚度和阻尼的匹配关系。孙建锋等人研究了抗蛇行减振器的串联刚度和结构阻

尼对车辆在不同等效锥度下临界速度的影响，指出不同等效锥度下的结构阻尼和串联刚度

[5]

之间的匹配关系。

2019达索系统SIMULIA中国区用户大会

1

本文主要针对抗蛇行减振器在构架上的安装位置和分布方式进行研究，以不同抗蛇行

减振器布置方式下高速机车的线性稳定性、平稳性以及轮轴横向力为优化目标，以影响机

车动力学性能的主要悬挂参数为优化对象，通过SIMPACK与MATLAB联合仿真接口，采

[6]

用改进的二代非支配排序遗传算法NSGA-II进行多目标优化。最后，得到不同抗蛇行减

振器布置方式下高速机车的最优性能以及对应的悬挂参数组合，从而能够有效地比较不同

抗蛇行减振器布置方式下高速机车的动力学性能的优劣。

2.高速机车动力学建模

本文通过多体动力学软件SIMPACK建立某高速机车动力学模型，如图1所示。动力

学模型中包含1个车体、2个构架、4个轮对和4个牵引电机，共有11个刚体，其中考虑

了牵引电机的悬挂方式为架悬式连接在构架上；每个刚体都有纵向、横向、垂向、侧滚、

点头和摇头6个自由度，共有66个自由度。仿真采用德国低干扰不平顺作为轨道激励，钢

轨类型是Rail60，车轮踏面外形采用JM3磨耗型踏面。用数值积分方法求解，可以充分考

虑轮轨接触几何和蠕滑关系的非线性、轮对自由横动量和轴箱横向止挡的非线性、二系横

向止挡以及各减振器卸荷特性的非线