城轨列车磁流变液车钩缓冲装置的研究

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城市轨道交通行业目前已得到了快速的发展,因此很好地解决了城市的交通拥堵问题,极大地提高了人们的出行效率。但城市轨道交通相邻地铁站点的间距较近,致使地铁列车频繁启停,并且乘客流量的不断变化使得列车的载重将会发生实时变化,因此导致列车容易产生明显的纵向冲动,不仅极大地影响乘客的乘车舒适性,同时列车纵向冲击力过大还会带来安全隐患。此外强烈的纵向冲击力将会加速车钩的损耗,影响车钩服役寿命。因此为了改善乘客的乘坐舒适性以及提高列车的安全性,本文依据地铁列车启动频繁及调车工况会产生过大纵向冲击力的特点,对车钩缓冲器进行优化设计以改善停车启动及调车时带来的冲击力问题。本文以国内地铁车辆车钩缓冲器为研究对象,结合磁流变液技术对现有的车钩缓冲器提出了大胆的创新改进,应用磁流变液技术到地铁车钩缓冲器上。其具体实现形式为:参考现有的车钩缓冲器,将磁流变液注入活塞缸筒式车钩缓冲器腔体中,并在缓冲阻尼单元安装励磁线圈,设计得到磁流变液车钩缓冲器。根据磁流变液可以通过改变磁场强弱迅速使磁流变液液体粘度状态发生改变的特点,实现磁流变液车钩缓冲器可以依据车辆的冲击力大小自动调节控制励磁线圈的电流产生磁场,从而产生相应的阻尼力来快速精准消耗列车冲击力,进而达到提高地铁列车的安全性和舒适性的目的。本文主要工作内容为:(1)基于列车纵向动力学理论,对城轨列车纵向冲击力进行分析计算,为磁流变液车钩缓冲装置的设计提供了理论依据;(2)根据磁流变液的基本理论和车钩缓冲装置的设计标准,对磁流变液车钩缓冲装置进行了结构设计,经过理论分析计算得出磁流变液车钩缓冲装置的结构设计合理,阻尼出力及可调系数均符合要求;(3)用Maxwell软件对设计的磁流变液车钩缓冲装置进行了磁路的有限元分析,得出其磁路设计满足要求,设置对照组对比分析了同向电流和反向电流不同工况的磁场状态,发现在相同条件下反向电流不会过早达到磁饱和;(4)用Simulink软件建立了磁流变液车钩缓冲装置的阻尼出力的等效模块,用控制变量法分析输入不同电流、幅值、频率情况下磁流变液车钩缓冲装置的阻尼出力,分析电流、幅值、频率对阻尼出力的影响,得出电流对磁流变液车钩缓冲装置阻尼出力的影响最大,最大阻尼出力符合设计要求;(5)用Simulink软件模拟在地铁最大冲击力工况下的磁流变液车钩缓冲装置的运动过程,将其仿真结果与现有普通车钩缓冲装置进行对比分析,检验磁流变液车钩缓冲装置的缓冲效果,证明了设计的磁流变液车钩缓冲装置符合车钩缓冲器标准,且相比于普通的橡胶弹簧车钩缓冲装置具有更好的缓冲减振效果。
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