基于Magic Formula的新減振器數(shù)值模型及其在鐵道車輛動力學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、在過去十年，鐵道車輛運(yùn)行速度越來越快，舒適性也越來越提高。這是由于人類對運(yùn)輸需求的增加，鐵路公司努力提高中程距離(500公里到1000公里)范圍的市場競爭力。中國鐵路既有的車輛急需改善現(xiàn)有車輛動力學(xué)性能，提高運(yùn)行速度。本論文的研究目標(biāo)是在中國鐵道科學(xué)研究院(CARS)和ZFSachsAG公司合作進(jìn)行這方面的研究基礎(chǔ)上，發(fā)展一個新的可以用于工程實(shí)際的鐵道車輛減振器設(shè)計理論。目前，大多數(shù)減振器設(shè)計者仍然不能將車輛動力學(xué)和減振器的力-速度特性

2、曲線，以及減振器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)聯(lián)系在一起。減振器設(shè)計者完全是基于自己的工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)特定的車輛種類，選擇不同的減振器關(guān)鍵參數(shù)，制造減振器并進(jìn)行現(xiàn)車安裝試驗(yàn)以確定是否適用。 本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是在鐵道車輛動力學(xué)范疇下，結(jié)合鐵道車輛動力學(xué)性能研究的需要，建立一種全新的與減振器主要設(shè)計參數(shù)密切相關(guān)的減振器數(shù)值模型-MagicFormula減振器模型。這個模型還結(jié)合目前中國鐵路自行生產(chǎn)的最大運(yùn)行速度為200km/h的CW200型轉(zhuǎn)向架為研

3、究實(shí)例開展研究。 本文對已發(fā)表的減振器模型文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究分析。結(jié)論是大部分模型是基于文獻(xiàn)[61]Lang(1977)描述的數(shù)學(xué)模型。因?yàn)樗膮?shù)具有明確的物理意義，仿真分析的頻率范圍在30Hz以內(nèi)，這對于車輛的舒適性分析是足夠的。基于MagicFormula公式，即減振器力-速度特性曲線與閥結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，建立了一種新的減振器數(shù)值模型。應(yīng)用等價線性化方法研究減振器的動態(tài)特性，提出應(yīng)用比阻尼SDR這一參數(shù)來描述減振器的能量耗散

4、，比較分析MagicFormula公式中的各項(xiàng)參數(shù)，認(rèn)識到孔徑因子eps對比阻尼率的影響最大。 以WX998799綜合檢測車為實(shí)例，在ADAMS/Rail中實(shí)現(xiàn)了MagicFormula動態(tài)減振器模型的連接，以及另外五種Maxwell減振器模型。在鐵科院北京環(huán)形試驗(yàn)線以及北京-長春鐵路干線上對WX998799綜合檢測車進(jìn)行實(shí)際測試，驗(yàn)證本文的減振器模型。在六種模型中，MagicFormula動態(tài)減振器模型的仿真結(jié)果最接近實(shí)際測試

5、。通過相關(guān)試驗(yàn)和研究分析表明，MagicFormula動態(tài)減振器模型是唯一能仿真高頻，小的減振器壓縮幅值u(＜5mm)和小的壓縮速率幅值w(＜0.05m/s)時動力學(xué)性能的模型。模型參數(shù)孔徑因子eps在提速客車的動態(tài)性能中起了主要作用。 基于簡化的單質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)對WX998799綜合檢測車模型的橫向動力學(xué)性能進(jìn)行仿真研究。以第一阻尼系數(shù)B、泄載點(diǎn)D和孔徑因子eps作為變量，設(shè)計二系橫向減振器的優(yōu)化策略。得出最優(yōu)的減振器特性曲

6、線，在0～2Hz范圍內(nèi)平均SDR的標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，并且在不同車體運(yùn)行速度下，最優(yōu)力-速度特性曲線的變化最小。這可以理解為最優(yōu)力-速度特性曲線對車體運(yùn)行速度的依賴最小。理想上，最優(yōu)力-速度特性曲線應(yīng)該獨(dú)立于車體運(yùn)行速度，這樣在每個運(yùn)行速度下，能達(dá)到最優(yōu)的Sperling舒適度指標(biāo)。這樣的特性曲線應(yīng)該是“上凸”形，并且泄載點(diǎn)D相對于所有在eps≥0.0情形下計算得出的最優(yōu)力-速度特性曲線中的數(shù)值應(yīng)該最小。 本文提出的減振器優(yōu)化設(shè)計方案