中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 劉 波 劉廣璞

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SIMPACK某型軌道車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能仿真研究

中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 劉 波 劉廣璞

【摘要】利用多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK對(duì)某型軌道車(chē)輛進(jìn)行整體建模，采用不同速度通過(guò)直線軌道線路而獲得車(chē)輛的線性和非線性臨界速度，通過(guò)對(duì)其速度的分析，得到車(chē)輛平穩(wěn)性與安全性的指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】simpack軟件；線性臨界速度；非線性臨界速度

1　引言

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)軌道車(chē)輛速度的不斷提升，對(duì)于車(chē)輛的舒適性與安全性己成為現(xiàn)代軌道車(chē)輛發(fā)展的主要研究方向。故軌道車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能分析與研究越來(lái)越重要。對(duì)于軌道車(chē)輛來(lái)說(shuō)，軌道車(chē)輛的一個(gè)特點(diǎn)就是輪對(duì)與軌道之間的相互作用，有必要研究車(chē)輛的輪軌作用關(guān)系，從而更進(jìn)一步分析其整體車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)特性，為軌道車(chē)輛的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等提供指導(dǎo)[1]。

2　動(dòng)力學(xué)模型建立

車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)是將車(chē)輛與軌道看成是一個(gè)關(guān)系密切相互影響的一個(gè)大系統(tǒng)來(lái)研究，這樣車(chē)輛和軌道兩者通過(guò)輪軌系統(tǒng)來(lái)連接，當(dāng)這一系統(tǒng)受到外部條件的激擾時(shí)，輪軌之間將會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的作用力[2]。

圖1　SIMPACK建立的車(chē)輛模型

3　軌道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真

在軌道車(chē)輛的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)中，車(chē)輛的線性臨界速度和非線性臨界速度可以判斷車(chē)輛安全行駛的最高速度，根據(jù)此二者的速度，可以估算車(chē)輛行駛時(shí)的安全性。

3.1線性臨界速度的分析

采用SIMPACK軟件進(jìn)行仿真的時(shí)候，先設(shè)置軌道車(chē)輛的開(kāi)始速度為300km/h，結(jié)束速度為450km/h，速度增量為10km/h，求解得到的某型軌道車(chē)輛根軌跡圖如圖2所示。根軌跡計(jì)算結(jié)果如圖2所示，顏色從藍(lán)色——綠色——紅色，速度逐漸增大，圖中各條根軌跡代表車(chē)輛模型中不同的體，在不同速度下固有頻率變化，當(dāng)某條根軌跡的自然阻尼值小于0時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)已經(jīng)失穩(wěn)，一般會(huì)留安全余量，取自然阻尼值為 0.05；根據(jù)最小阻尼與車(chē)輛速度之間的關(guān)系，考慮到取 0.05 的安全余量，那么本車(chē)輛模型的線性臨界速度在370km/h 左右。

圖2　軌道車(chē)輛根軌跡圖

圖3　軌道施加的不平順激勵(lì)

圖4　輪對(duì)橫移量與速度關(guān)系曲線

根據(jù)輪對(duì)的橫線位移曲線是否發(fā)生了發(fā)散現(xiàn)象，判斷該型號(hào)車(chē)輛的非線性臨界速度。選取第1輪對(duì)的橫向振動(dòng)位移作為車(chē)輛穩(wěn)定的判斷依據(jù)[4]，經(jīng)過(guò)SIMPACK運(yùn)動(dòng)仿真后的結(jié)果如圖4所示，橫坐標(biāo)為軌道車(chē)輛的運(yùn)行時(shí)間，縱坐標(biāo)為其輪對(duì)的橫向振動(dòng)位移。如果以輪對(duì)橫移量小于0.1mm，就認(rèn)為收斂，那么本車(chē)輛模型的非線性臨界速度在310km/h左右。

4　小結(jié)

通過(guò)對(duì)軌道車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真,獲得了該型號(hào)車(chē)輛線性和非線性臨界速度，為后續(xù)的車(chē)輛動(dòng)態(tài)分析，提供了基本的數(shù)據(jù)與理論的支持。

參考文獻(xiàn)

[1]黃安寧.基于simpack的某型軌道車(chē)輛動(dòng)態(tài)性能仿真研究[D].昆明理工大學(xué),2012.

[2]繆炳榮,羅仁,王哲 等.SIMPACK動(dòng)力學(xué)分析高級(jí)教程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2010．

[3]翟婉明.車(chē)輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)(第三版)[M].科學(xué)出版社,2006.

[4]周素霞,陶永忠,張志華,楊繼震.SIMPACK實(shí)例教程[M].北京聯(lián)合出版社,2013.