地铁工程作业机车的非正常横向振动分析..doc

地铁工程作业机车的非正常横向振动分析            摘要对某一地铁工程作业机车的非正常横向振动问题,运用动力学仿真手段进行了分析研究,提示了改善这种机车动力学性能的途径,并进一步研究了曲线通过的性能优化途径。所建立的非线性滚动摩擦旁承模型和一系复合悬挂模型能适用于类似的机车车辆动力学计算模型。关键词地铁,内燃机车,机车动力学,横向振动,仿真计算  地铁工程作业机车一般选用小型的内燃机车,为简化结构,其机车二系悬挂采用滚动式旁承结构,一系悬挂采用复合式导框结构。根据现场反映,该机车的横向振动较大,安全性方面需要加以研究和改进。由于该机车的结构不同于一般的内燃机车,需要针对研究的问题建立非线性的滚动摩擦旁承模型和一系复合悬挂模型,通过理论分析和试验相结合的方法,提出改进方案。1 机车走行部结构及动力学模型的建立  该机车由车体和两个两轴转向架组成。车体与转向架构架间设有牵引心盘和四只滚动旁承,车体的重量全部由四只滚动旁承承受,转向架构架只能绕心盘转动(见图1)。构架通过导框及一系弹簧与轴箱相连。轴箱与轮对之间设有横向弹性止档和自由间隙。  计算模型中可以将车体、转向架构架和轮对视为刚体,并考虑车体的横移、摇头、侧滚、浮沉、点头5个自由度,考虑构架的横移、摇头、侧滚、浮沉、点头5个自由度,考虑轮对的横移、摇头、侧滚、滚动速差4个自由度,共19个自由度。车体与构架之间只有回转,因而车体的点头、浮沉和侧滚振动分别与两个构架的点头、浮沉和侧滚振动是耦合的。车体的横移振动和摇头振动与构架的横移振动也是耦合的。车体与构架间的旁承处理成非线性的干摩擦副。4个旁承可以等效成如图2所示的一个回转摩擦副。采用一个串联弹簧的目的是为了提高摩擦副计算精度和提高计算速度[1]。这个串联刚度可以是一个实际结构上存在的较大的刚度。  图1 转向架俯视图  图2 旁承摩擦副模型简图  根据机车的结构和上面的假定,可以看出摩擦力矩始终与串联回转弹簧的力矩相等。由于弹簧的力矩可以根据弹簧两端的相对转角差(θ1-θi)求得,即M=k·(θ1-θi)。当未出现摩擦力矩饱和前,θi=θ2;当摩擦力矩饱和时,摩擦面发生转动,θi=θ2-Δθ。Δθ为摩擦副转动角度。本文根据判θ1断转动发生状态,对相对转动速度(?-θ2)的积分求得,设第i次的转动发生在ti1至ti2,则累计n次转动后的Δθ为:ntΔθ=∑∫i2(θ1-θ2)dti=1ti1从而求得ti时刻的摩擦力矩为: k·(θ1i-θ2i+Δθi-1)|k·(θ1i-θ2i+Δθi)|Mmax横向也有分量。轮对与构架的纵向方向,处理成两Mi=Mmax|k·(θ1i-θ2i+Δθi)|Mmax级刚度,第一级为间隙,刚度为垂向弹簧的纵向刚根据上式,可以建立Simulink图框模型的表度;第二级为接近刚性的刚度。一系垂向刚度为线达,如图3所示。性垂向刚弹簧刚度。细化一系横向模型是为了精确计算轮轨相互作用力等。图5中,g1为轴承单向游隙;g2为轴端弹性横动量;g3为一系横向止档间隙;k1为轴端档片刚度(每轴箱);k2为一系圆弹簧横向刚度(每轴箱);k3为一系定位止档刚度(每轴箱);c为垂向阻尼的横向分量;Y为轮对相对与构架的横动量。一系结构的Simulink模型采用MATLAB中的函数模块方法,编制一以轮对与构架相对横移量为输入变量的函数。输出变