貨運動車車門動力學仿真研究

馬洪偉 王祖進 孫暢勵

摘 要：基于RecurDyn 軟件的動力學分析功能，對高速貨運動車車門運行過程中所受載荷進行了研究。首先建立了門系統三維模型并導入RecurDyn 軟件，設置材料屬性，根據門系統工作要求在模型中添加運動副、接觸副、模型驅動。然后為了使仿真結果更加貼合實際工況，在模型中添加了摩擦力。最后仿真得到了車門工作過程中絲桿所受的驅動扭矩曲線。本文的研究成果為后續貨運動車車門結構設計和驅動電機選型提供了參考。

關鍵詞：貨運動車車門;動力學仿真;驅動負載;電機選型

0 引言

隨著我國電子商務的興起，快遞行業飛速發展，高速貨運動車因其低成本、大容量、大載重、時速高等特點，逐漸成為一種新型貨物運輸方式[1-3]。車門系統作為貨運動車的主要組成部件之一，對車輛的安全、可靠運行有著重要影響，車門的穩定運行，是貨運動車高效、快速運輸貨物的保障。

與城軌列車車門相比，貨運動車車門開度大、重量大、結構相對復雜[4]，車門系統運行負載較大，易出現卡滯、動力不足等情況，因此對貨運車門系統的運行過程絲桿所受負載進行研究十分必要。本文利于虛擬樣機技術，基于RecurDyn 軟件建立貨運動車車門動力學仿真模型，模擬得到車門運行所需扭矩，為驅動電機選型及后續貨運動車車門研究提供參考依據。

1 動力學仿真模型建模

貨運動車車門系統主要包括：邊部罩板組件、門扇組件、下擺臂組件、電機、承載驅動機構、下滑道組件等。

基于SolidWorks 軟件完成貨運動車門系統三維建模和裝配，另存為x_t 格式后導入RecurDyn 多體動力學仿真軟件建立車門動力學仿真模型[5-7]，如圖1 所示，根據三維模型設置動力學模型中各零部件的材料屬性。

2 模型參數設置

2.1 主要運動關系設置

2.1.1 承載驅動機構

承載驅動機構作為門系統的主要組成組件，是驅動門扇完成開閉動作的主要作用部件，電動開關門時，電機驅動絲桿轉動，絲桿上的左/右旋螺母組件通過攜門架帶動門扇運動，在上滑道和掛架組件的約束下完成開閉動作。

2.1.2 下部導向機構

門扇下導軌和曲線塊安裝在車體上，擺臂組件安裝在門扇上，滾輪在曲線塊和下導軌內外輪廓面的約束下運動，實現門扇下部的直線和擺塞動作。

2.2 接觸參數設置

對門系統接觸副進行定義[8-10]，主要包括：上滾輪與上滑道之間的接觸、螺母組件與攜門架之間的接觸、攜門架與線軌座之間的接觸、下滾輪與曲線塊及下導軌之間的接觸等。接觸類型選擇幾何表面接觸（Geo Surface Contact）。

2.3 摩擦力設置

門扇在運動過程中受到摩擦力，為使模型仿真結果更加貼合實際工況，在部分約束副中添加摩擦系數，主要參數設置如表1 所示。

3 仿真分析

門系統工作過程中，電機驅動絲桿轉動，帶動門扇開閉動作，因此在模型中以絲桿轉速作為模型驅動，為提高模型可信度，采用實驗臺架采集速度曲線作為輸入轉速。在貨運車門系統臺架上進行電動開門實驗，獲取10 組電機轉速曲線并進行均值處理，如圖2所示。

設置仿真時間3s，運行仿真得到開門過程中絲桿所受驅動扭矩，如圖3 所示，由圖可知，在開門啟動階段，絲桿所受扭矩較大，最大扭矩5199N*mm，進入高速段后，扭矩相對較小，在接近開到位位置時，扭矩再次上升，最大扭矩為5421N*mm。

4 結論

車門是貨運動車的主要組成部件之一，對貨運動車的運輸安全性及快速性有著重要影響。若車門出現開關卡滯、驅動不足等情況，將直接影響車輛運輸的效率和質量，因此需要對車門運行過程中的負載進行研究。本文基于RecurDyn 軟件對貨運動車車門開門過程進行了仿真分析，模擬得到了車門運行中絲桿所受的扭矩，為驅動電機選型及后續貨運動車車門研究提供了參考依據。

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