錢潤(rùn)華+吳奕

摘 要：裝甲車輛鐵路輸送的重中之重就在于車輛的安全穩(wěn)定，沖擊時(shí)車輛的最大加速度以及車輛偏移的大小是其穩(wěn)定性的直接體現(xiàn)。本文以SIMPACK為仿真平臺(tái)，仿真履帶裝甲車輛鐵路輸送沖擊過程，分析有無懸掛系統(tǒng)以及不同縱向加固剛度對(duì)車輛最大縱向加速度的影響，探究其影響規(guī)律，為研制適用于我軍裝甲車輛的新型加固裝置提供依據(jù)。結(jié)果表明：履帶車輛的懸架系統(tǒng)能夠?qū)v向沖擊起到一定的減緩作用，但效果有限，而縱向加固剛度的大小對(duì)其沖擊加速度有很大的影響。

關(guān)鍵詞：SIMPACK；縱向加固剛度；沖擊加速度；裝甲車輛

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.009

1 引言

當(dāng)前，裝甲車輛在我軍的裝備中占有很大的比重，其中履帶式裝甲車輛數(shù)量不在少數(shù)。裝甲車輛是陸軍作戰(zhàn)的有力裝備，其鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩燥@得尤為重要，故對(duì)裝甲車輛裝載加固的研究是十分必要的。我國(guó)也有不少學(xué)者對(duì)裝甲車輛這一類貨物的鐵路運(yùn)輸安全性進(jìn)行了一系列的研究，大致可分為如下三類：（1）對(duì)加固器材的研究，如文獻(xiàn)[1]中曾運(yùn)清等通過分析美軍車輛鐵路制式加固器材，為我軍鐵路相關(guān)加固器材的研制提供參考；文獻(xiàn)[2]中王武健對(duì)鐵路平車關(guān)鍵裝載加固部件進(jìn)行安全可靠性分析，提出了相應(yīng)的安全措施方案設(shè)計(jì)、實(shí)施的技術(shù)要點(diǎn)。（2）對(duì)加固關(guān)鍵力值的研究，文獻(xiàn)[3]、[4]則是通過建立沖擊仿真模型，分析了貨物運(yùn)輸過程中最大慣性力值與沖擊速度以及貨物質(zhì)量的關(guān)系。（3）對(duì)裝載加固方案的研究：如文獻(xiàn)[7]中通過建立SIMPACK沖擊仿真模型，驗(yàn)證加固方案的可靠性；文獻(xiàn)[7]提出了基于層次分析法的鐵路長(zhǎng)大貨物裝載加固方案多目標(biāo)優(yōu)化模型，并首次將客戶需求納入裝載加固方案優(yōu)化模型的目標(biāo)中；文獻(xiàn)[9]對(duì)影響制定闊大貨物裝載加固方案的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為科學(xué)的制定裝載加固方案提供了依據(jù)。

但上述研究都忽略了裝載貨物自身緩沖作用，尤其是對(duì)于車輛這一類自身帶有懸架的貨物，其懸掛緩沖減振系統(tǒng)對(duì)沖擊慣性力有直接的影響。并且上述研究都沒能對(duì)加固進(jìn)行規(guī)律性的研究，僅僅是驗(yàn)證某種加固可靠，而沒能揭示加固強(qiáng)度對(duì)裝載貨物縱向沖擊加速度規(guī)律性的影響。本文針對(duì)這兩個(gè)方面，以某型裝甲車輛為例，通過SIMPACK建立沖擊仿真模型，分析有無懸架對(duì)車輛最大沖擊加速度的影響，以及不同縱向加固強(qiáng)度對(duì)貨物縱向位移以及縱向沖擊加速度的影響。

2 裝甲裝備鐵路輸送連掛沖擊動(dòng)力學(xué)模型的建立

2.1 連掛沖擊類型

鐵路輸送連掛沖擊系統(tǒng)包括線路、沖擊車、被沖擊車以及裝載貨物四個(gè)部分。本文中沖擊車選C70型敞車（滿載），被沖擊車選NX70，沖擊速度從3km/h遞增至8km/h，遞增步長(zhǎng)為1km/h。連掛沖擊是在特定的平直軌道上進(jìn)行，所以仿真線路取平直軌道，不設(shè)不平度、曲線半徑等參數(shù)。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康模员粵_擊車裝載貨物不同及加固情況不同分三種沖擊類型，具體參數(shù)如表1所示。模型中只設(shè)縱向加固，根據(jù)《力值實(shí)驗(yàn)》中規(guī)定的條件，本文選取規(guī)格為Ф15.5x15000mm的鋼絲繩的剛度作為單位加固剛度值。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中鋼絲繩的軸向拉伸剛度計(jì)算方法，縱向加固剛度為，其中加固等級(jí)i取0、0.5、1、2、3、4、5[9]。

2.2 沖擊模型構(gòu)建

2.2.1 沖擊車、被沖擊車模型構(gòu)建

C70敞車和NX70平車轉(zhuǎn)向架均為K6轉(zhuǎn)向架，故其拓?fù)鋱D類似，此處以NX70平車的拓?fù)鋱D為例進(jìn)行分析。主模型由車體Vehicle和左右轉(zhuǎn)向架Bogie_F/R組成。轉(zhuǎn)向架模型具體連接關(guān)系如表2所示。據(jù)此建立沖擊車和被沖擊車的立體模型如圖1所示。

注：PC-旁承力；XP-新盤力；Stop-止擋力；SS-二系彈力；PS-一系彈簧力；Fri-摩擦力；JC-交叉拉桿力；Rail-wheel contacts-輪軌接觸力；α，β，γ-繞x，y，z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；x，y，z-繞x，y，z軸的移動(dòng)自由度。

2.2.2 裝甲車輛模型

由于裝甲車輛在運(yùn)輸?shù)倪^程中是處于制動(dòng)狀態(tài)，故對(duì)其懸架系統(tǒng)僅考慮平衡肘上的扭桿力，不考慮與履帶相關(guān)的部分，并且將炮塔和車體考慮為一體，其拓?fù)鋱D如圖2所示，為了模擬車輛的完全制動(dòng)狀態(tài)，本文對(duì)負(fù)重輪施加了β方向轉(zhuǎn)動(dòng)約束。由于負(fù)重輪與平衡軸，以及平衡軸與車體的連接方式均一樣，故拓?fù)鋱D中將部分重復(fù)略去。據(jù)此建立裝甲車輛立體模型如圖3所示。

2.2.3 總體連掛沖擊模型

通過導(dǎo)入子結(jié)構(gòu)的方法，將沖擊車、被沖擊車、以及裝甲車輛導(dǎo)入總體模型中，將被沖擊車的車體替代裝甲車輛拓?fù)鋱D中的大地，并將沖擊車和被沖擊車通過車鉤力連接即可得到總體沖擊模型，車鉤力的設(shè)置參照文獻(xiàn)[3]，其立體模型如圖4所示，至此基本沖擊模型已經(jīng)建立完成，模擬沖擊類型一時(shí)只需將裝甲車輛換為質(zhì)量塊即可，而縱向加固則是通過設(shè)置縱向加固力來實(shí)現(xiàn)的。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 懸架系統(tǒng)對(duì)沖擊縱向加速度的影響

按照仿真沖擊工況的設(shè)定，模擬沖擊實(shí)驗(yàn)，對(duì)建立的車輛裝載模型進(jìn)行沖擊動(dòng)力學(xué)仿真分析，沖擊類型一和沖擊類型三中加固剛度為的仿真結(jié)果如圖5所示。對(duì)比兩組數(shù)據(jù)可以明顯看出質(zhì)量塊的沖擊加速度在各個(gè)沖擊速度下均要大于裝甲車輛，且隨著沖擊速度的增大差距也在加大。這說明該裝甲車輛的懸架系統(tǒng)對(duì)沖擊起到了一定的減緩作用，并且在沖擊速度較小的時(shí)候由于懸架剛度較大，對(duì)低速?zèng)_擊的減緩作用有限，但是在速度較高時(shí)懸架的緩沖作用就有了明顯的體現(xiàn)。從圖中可以看出，兩種工況的最大差值約為0.2g，使加速度減少了12%。

3.2 縱向加固剛度對(duì)沖擊加速度的影響

為了研究縱向加固剛度對(duì)沖擊加速度的影響，本文采用沖擊類型三的沖擊工況進(jìn)行仿真研究。以加固等級(jí)為橫坐標(biāo)，貨物沖擊加速度為縱坐標(biāo)，仿真不同沖擊速度下加固剛度對(duì)沖擊加速度的影響，結(jié)果如圖6所示。endprint

觀察圖中曲線可知，在同一沖擊速度下，隨加固剛度不同，加速度波動(dòng)幅度最小為0.42g，最大為0.7g，最大增幅71%。故加固時(shí)應(yīng)在能滿足加固需求的前提下應(yīng)盡量使用小剛度加固，以使貨物在運(yùn)輸過程中有較好的穩(wěn)定性的同時(shí)又不至于出現(xiàn)過度加固的情況。

4 結(jié)論

本文通過SIMPACK多體動(dòng)力學(xué)軟件建立沖擊動(dòng)力學(xué)模型，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了模型的可靠性，探究了裝甲車輛懸架以及縱向加固剛度對(duì)裝載貨物沖擊加速度的影響。得出如下結(jié)論：

（1）裝甲車輛在鐵路輸送過程中，車輛自身的懸架系統(tǒng)對(duì)縱向沖擊能夠起到一定的緩解作用，本文中某型裝甲車輛懸掛系統(tǒng)對(duì)沖擊速度減緩約為12%，并且當(dāng)剎車不牢時(shí)，剎車系統(tǒng)對(duì)沖擊也起到了一定的緩沖作用。

（2）貨物縱向沖擊加速度與縱向加固剛度并非線性關(guān)系，而是先隨加固剛度的增大迅速增大，而后趨于平緩，并且最大差值高達(dá)0.7g，最大增幅71%，所以設(shè)計(jì)加固方案時(shí)應(yīng)在滿足加固需求的情況下盡量是用小的加固剛度。

本文提出了一種分析鐵路運(yùn)輸裝甲車輛縱向沖擊慣性力的仿真模型，并做出相應(yīng)分析，這對(duì)制定合理的加固方案以及研制新型的加固裝置提供一定的科學(xué)依據(jù)，特別是研制適用于軍隊(duì)裝甲車輛的新型加固裝置。

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