抗蛇行減振器節點對鐵道車輛臨界速度的影響

蒯榮生　王瓊

摘 要：針對減振器與節點串聯后表現的剛度顯著特性或阻尼顯著特性的現象，文章建立了單自由度模型以說明即使是相同的固有頻率及相對阻尼比，也會有不同的頻響特性。利用SIMPACK動力學方正軟件，分析動車組在不同特性抗蛇行減振器作用下的臨界速度，并與整車臺架滾振試驗相印證。得出抗蛇行減振器的節點剛度選擇需要經過仿真及試驗后確定。

關鍵詞：鐵路車輛；減振器；極限頻率；臨界速度

中圖分類號：U270.331+ 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0095-03

鐵路車輛由于其特殊性，隨著運行速度的上升，就會出現轉向架左右自激振動導致車輪輪緣與鋼軌劇烈碰撞，導致輪軌損傷和脫軌。車輛設計時必須使運營速度遠小于蛇行運動極限速度。

高速列車為了提高其臨界速度通常用抗蛇行油壓減振器，其可以大幅提高運營速度。抗蛇行減振器一般與橡膠節點串聯，傳統認為橡膠節點對振動沖擊起緩沖作用，還有保護減振器的作用，其剛度由減振器的設計部門確定，而非由車輛懸掛系統設計。

本文主要研究抗蛇行減振器節點對列車臨界速度的影響。

1 單自由度模型

首先分析抗蛇行減振器串聯橡膠節點的數學模型。

1.3 小 結

即使頻率和相對阻尼比（減振器阻尼特性和剛度特性的系統）非常接近也可能導致頻響特性有很大差異。

①阻尼顯著特性放大倍率在高頻時大于剛度顯著特性；

②頻響特性在低于自振頻率相差較小，高于自振頻率時隨著頻率的增大其頻響傳遞倍率相差越大。

2 整車臨界速度分析

在SIMPACK動力學仿真模型中建立某型動車組整車模型，如圖5所示。

對整車進行線性分析。該型動車組軸距為2.5 m，滾動圓跨距為1.493 m，滾動半徑為0.43，轉向架蛇行運動波長約為34 m。抗蛇行減振器采用兩種方案：

①減振器帶節點，極限頻率為0.575 Hz。極限頻率對應的速度為70.5 km/h。

②沒有彈性節點。根軌跡結果，剛度顯著特性抗蛇行減振器，如圖6所示。阻尼顯著特性抗蛇行減振器，如圖7所示。

根軌跡計算以速度為變參數（100～400 km/h）考察整車線性特征根。由計算結果可知，剛度顯著特性抗蛇行減振器與阻尼顯著特性抗蛇行減振器結果差異較大。剛度顯著特性臨界速度遠大于400 km/h，而純阻尼線性臨界速度僅為260 km/h。

3 實驗室試驗結果

機車車輛滾動振動試驗臺如圖8所示，被試車輛實驗臺安裝示意圖，如圖9所示。該試驗臺模擬軌道的滾輪可同時進行滾動和橫向、垂向激振，以模擬車輛在實際線路上的運行工況。試驗臺除機械總體外，還有驅動控制系統、激振控制系統和總監控系統，可進行電機的驅動控制，實現四根軸的同步轉動控制，以及各激振器的激振輸入控制。

抗蛇行減振器節點剛度對運動穩定性影響，見表2。

小結：從結果可以看出阻尼系數不變的情況下節點剛度越大臨界速度越低。

4 結 語

①即使頻率和相對阻尼比（減振器阻尼特性和剛度特性的系統）非常接近也可能導致頻響特性有很大差異。

②阻尼顯著特性放大倍率在高頻時大于剛度顯著特性。

③頻響特性在低于自振頻率相差較小，高于自振頻率時隨著頻率的增大其頻響傳遞倍率相差越大。

④對于抗蛇行減振器節點剛度對臨界速度影響很大，需要根據車輛系統參數進行匹配，并通過動力學仿真及試驗后確定。

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