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1、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.3June.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
2、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:A0'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
3、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
4、,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9r蚪计+爱
5、确妻H(—Xl一『=H瓦,H雨2(1--HsHsHT)(3)式中:H1一CdS+kd,霎oH2一而,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一0.832N?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.2Amp
6、litude-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
7、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,仿真结果比较理想的反映了系统对激励的响应.醐黼图5上连接件端的位移响应Fig.5Responseofdisplacementforup-conjunction3系统参数对幅,相频特性的影响
