车辆盘形制动系统颤振对轮轨黏着影响分析

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我国大多数高速动车组都安装有盘形制动装置。盘形制动系统在实现车辆平稳、安全停车等方面发挥了重要的作用。由于车辆制动时闸片与制动盘不断摩擦,因而会导致闸片在制动盘上出现高频抖动的现象(即产生摩擦颤振现象)。轮轨间的黏着状态关系着车辆是否能够正常启动与制动,如果这种摩擦颤振现象对轮轨黏着状态造成影响,将对高速列车制动的有效性和安全性带来更多不确定。因此,研究制动过程中产生的摩擦颤振现象对轮轨黏着状态的影响情况,对于高速列车安全运行具有重要的理论意义和工程应用价值。本文从提升黏着利用的目的出发,开展盘形制动系统摩擦颤振与轮轨黏着状态关系研究。主要研究工作如下:(1)利用Matlab软件建立单自由度盘形制动系统的数学模型,对制动系统进行稳定性分析。为了求解出发生制动摩擦颤振的临界速度,闸片与制动盘之间选取了具有负斜率特性的Stribeck摩擦力类型,采用数值模拟的方法对制动系统进行动力学研究,得到发生摩擦颤振的临界速度和影响颤振的因素。(2)采用1/4车辆模型与含扭转振动的盘形制动模型相结合,建立了七自由度盘形制动系统车辆模型。选取切合实际的Stribeck摩擦力类型,主要采用数值模拟的方法,研究在有/无轨道垂向不平顺正弦激励作用下,在车辆制动过程中制动系统所呈现的运动状态及摩擦颤振行为。研究分析闸片做振动收敛运动、纯滑动运动、黏滞-滑动运动及产生的摩擦颤振对转向架、车体、轮对所带来的影响。(3)采用O Polach轮轨力计算模型,并考虑轨道激励的影响,分析了制动系统产生的摩擦颤振传递到轮对所引起的轮轨间垂向力的变化、以及轮轨间切向力系数的变化情况;利用Matlab/Simulink软件建立简化单轮-制动盘制动模型,采用O Polach轮轨力近似计算模型与双线性模型相结合的方式,并考虑轨道激励的影响,引入平均滑动率和瞬态滑动率分析轮对在黏着特性曲线的稳定区和临界失稳区所产生扭转振动时轮对蠕滑率和切向力系数的变化情况。
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