基于磁流变技术动车组车钩缓冲装置的动力学研究

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随着动车组运行速度和牵引重量不断提高,列车的纵向冲击不断增大。纵向冲击过大会导致列车车辆的零部件寿命缩短,甚至会造成车辆脱轨和断钩等事故。因此,缓冲器性能的优良对列车调车作业、运行速度以及列车的安全性和舒适性有重要影响。近年来,缓冲器吸收纵向冲击的性能越来越受到重视,本文研究并设计了一种基于磁流变技术的车钩缓冲器来缓解列车的纵向冲击。主要的研究工作包括以下几个方面:(1)了解磁流变阻尼器的参数化和非参数化力学模型的异同点,对比分析各个力学模型在不同环境下的适用情况,本文阻尼器力学模型选择Bingham参数化模型,研究磁流变阻尼器三种基本工作模式下磁流变效应,进一步推导磁流变阻尼器在三种工作模式下输出阻尼力与其他参数的函数关系,为动车组缓冲阻尼器的结构设计和磁路设计分析奠定初步的理论基础。(2)根据磁流变阻尼单元基本流道和活塞杆的不同结构形式,结合动车组车钩缓冲装置的工作环境,选取环形流道和单出杆结构作为阻尼器结构;依据磁流变阻尼器的结构设计原则和缓冲器的设计要求,对阻尼间隙、活塞杆半径、活塞有效长度、活塞有效面积以及蓄能室气体等结构参数进行初步设计;按照阻尼间隙磁感应强度饱和原则,对活塞、缸体、磁流变液以及线圈选取了合适的材料,通过磁路欧姆定律确定线圈的匝数,分析阻尼间隙、活塞翼缘宽度、活塞杆直径以及活塞直径的改变对最大阻尼力的影响,进一步优化用于动车组缓冲纵向冲动阻尼器的结构参数。(3)利用ANSYS电磁模块软件仿真磁流变阻尼器在不同励磁电流下产生的电磁效应,得到不同励磁电流下磁感应强度的仿真结果,当活塞头的线圈为两级线圈时,阻尼通道中的平均磁感应强度要优于单级线圈结构,优化通道间隙中磁场强度和磁感应强度的分布。(4)基于前面对阻尼器的结构设计、电磁仿真以及函数关系,建立最大阻尼力为800k N的磁流变阻尼器SIMULINK模型,分析在特定工况下阻尼器出力特性;采用SIMPACK动力学软件建立单自由度四车模型,以动车组缓冲器的特性拟合曲线作为输入,分析动车组列车在直线轨道碰撞连挂发生车辆冲击工况仿真。仿真结果表明:缓冲器能有效吸冲击能量,且车辆的最大纵向加速度低于EN15227-2008标准中规定的5g限值。本文的研究结果能够为以后动车组磁流变阻尼器设计提供理论依据。
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