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

1、在過去十年，鐵道車輛運行速度越來越快，舒適性也越來越提高。這是由于人類對運輸需求的增加，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)有車輛動力學性能，提高運行速度。本論文的研究目標是在中國鐵道科學研究院(CARS)和ZFSachsAG公司合作進行這方面的研究基礎上，發(fā)展一個新的可以用于工程實際的鐵道車輛減振器設計理論。目前，大多數(shù)減振器設計者仍然不能將車輛動力學和減振器的力-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。減振器設計者完全是基于自己的工作經(jīng)驗，根據(jù)特定的車輛種類，選擇不同的減振器關(guān)鍵參數(shù)，制造減振器并進行現(xiàn)車安裝試驗以確定是否適用。 本項目的主要目標是在鐵道車輛動力學范疇下，結(jié)合鐵道車輛動力學性能研究的需要，建立一種全新的與減振器主要設計參數(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)的最大運行速度為200km/h的CW200型轉(zhuǎn)向架為研

3、究實例開展研究。 本文對已發(fā)表的減振器模型文獻進行了詳細研究分析。結(jié)論是大部分模型是基于文獻[61]Lang(1977)描述的數(shù)學模型。因為它的參數(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?；贛agicFormula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。應用等價線性化方法研究減振器的動態(tài)特性，提出應用比阻尼SDR這一參數(shù)來描述減振器的能量耗散

4、，比較分析MagicFormula公式中的各項參數(shù)，認識到孔徑因子eps對比阻尼率的影響最大。 以WX998799綜合檢測車為實例，在ADAMS/Rail中實現(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)形試驗線以及北京-長春鐵路干線上對WX998799綜合檢測車進行實際測試，驗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)果最接近實際測試

5、。通過相關(guān)試驗和研究分析表明，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性能進行仿真研究。以第一阻尼系數(shù)B、泄載點D和孔徑因子eps作為變量，設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的標準偏差最小，并且在不同車體運行速度下，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行速度的依賴最小。理想上，最優(yōu)力-速度特性曲線應該獨立于車體運行速度，這樣在每個運行速度下，能達到最優(yōu)的Sperling舒適度指標。這樣的特性曲線應該是“上凸”形，并且泄載點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)值應該最小。 本文提出的減振器優(yōu)化設計方案