CRH3C型高速动车车辆振动及平稳性分析.pdf
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1、第 61 卷 第 9 期Vol.61 No.92023 年 9 月September 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING0 引言铁路运输是我国主要的运输方式,不论是客车还是货运列车都在我国国民经济中起着举足轻重的作用。21 世纪中国铁路已经跨入以“高速客运、重载货运”为特征的新时代1。同时人们的出行方式发生了很大改变,交通工具的种类也变得多种多样。近些年高铁动车由于其费用低、速度较快,成为很多人出行交通工具的首选。列车在铁路上运行时,由于轨道不是绝对平直和绝对刚性的,有各种形式的不平顺存在,而实际的车轮也不是标准圆形,
2、因此轮轨之间会有不同的且不断变化的相互作用力,这会引起车辆振动,对车辆运行的平稳性、乘坐舒适性和安全性以及货物的完整性造成影响2。高铁的平稳运行离不开严格控制列车运行的三大指标,即纵向稳定性、横向稳定性和垂向稳定性。不论是车体还是转向架,都在运行的过程中面临着非常严峻的振动问题。本文的研究对象是京津线上速度为 300350 km/h 的 CRH3C 型高速动车,从自由振动开始,对车辆的振动系统建模,分析车辆系统的有阻尼自由振动以及有阻尼的强迫振动。通过 ADAMS 进行仿真,得到车辆振动相关参数,并依照国内外相关标准进行校核。1 车辆系统动力学模型建立车辆建模所需的主要参数如表 1 所示3。表
3、 1 建模主要参数Tab.1 Main modeling parameters参数值车体外长 L/mm24 825转向架中心距另一侧车端距离 d/mm20 294车辆定距 l/mm17 375车钩中心距 p/mm2 262转向架中心距同侧车钩距离 c/mm806车体宽 B/mm3 265doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.09.030CRH3C 型高速动车车辆振动及平稳性分析吴舟,赵建新,王自立,陈冬丽(455000 河南省 安阳市 安阳职业技术学院)摘要 基于 ADAMS 仿真软件,以 CRH3C 型高速动车车辆参数为原型,搭建整体为 14 个自由度的有限元模
4、型。建立了理论力学模型,利用 MATLAB 软件建立微分方程并求解,运用数学方法研究车辆系统的运行平稳性。采用Sperling 及车体横向垂向加速度等指标,结合动力学仿真数据对列车运行的平稳性进行了综合分析与对照验证,为今后展开该方面的研究提供数据参考。关键词 高速动车;有限元模型;运行平稳性;动力学仿真 中图分类号 U211.4 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)09-0137-04引用格式:吴舟,赵建新,王自立,等.CRH3C 型高速动车车辆振动及平稳性分析 J.农业装备与车辆工程,2023,61(9):137-140.Vibration and stability
5、analysis of CRH3C high-speed trainWU Zhou,ZHAO Jianxin,WANG Zili,CHEN Dongli(Anyang Vocational and Technical College,Anyang 455000,Henan,China)Abstract Based on ADAMS simulation software and CRH3C high-speed train vehicle parameters as the prototype,a 14-degree-of-freedom finite element model was bu
6、ilt;The theoretical mechanical model was established,the differential equations were established and solved by MATLAB software,and the vibration characteristics of the vehicle system were theoretically studied by mathematical methods;Using Sperling and lateral and vertical acceleration values of the
7、 vehicle body,combined with dynamic simulation data,the comprehensive analysis and comparison verification of the train running stability were carried out,which provided data theoretical support for future research in this area.Key words high-speed train;finite element model;running stability;dynami
8、cs simulation收稿日期:2022-08-30138农业装备与车辆工程 2023 年参数值车轮中心距 S1/mm2 500空簧中心距 S2/mm2 000车辆间距/mm650车轮质量(半径 460 mm)M轮/kg700转向架质量 M转/kg4 600车体质量 M车体/kg36 000一系悬挂垂向刚度 K1/(MN/m)0.7一系悬挂垂向阻尼 c1/(kN s/m)10二系悬挂垂向刚度 K2/(MN/m)0.3二系悬挂垂向阻尼 c2/(kN s/m)10一系悬挂横向刚度 k1/(MN/m)5一系悬挂横向阻尼 c1/(kN s/m)5二系悬挂横向刚度 k2/(MN/m)0.28二系悬挂
9、横向阻尼 c2/(kN s/m)25经过 ADAMS 建模后 14 个自由度的模型整体的效果图如图 1 所示。2 车辆系统有阻尼自由振动2.1 车辆系统有阻尼自由振动系统建模有阻尼自由振动系统模型如图 2 所示,在车体和转向架之间增加了垂向阻尼器以模拟真实情况。阻尼器的作用是在车辆振动过程中将车辆的振动动能转化为内能消耗,使车体快速从振动状态稳定下来,提高列车运行舒适度4。在实际的轨道车辆中,车辆系统的一系部位具有垂向阻尼器,二系部位没有阻尼,而是靠空气弹簧的作用实现阻尼减震作用。该振动系统的动力学方程为M ZCZZKzzM ZCZZKzzK zJCllzKllzM ZClzKlzJK lJK
10、 l4402448044024404040ccSzcSzcbSzcSzcpzcycSzSzcbbSzSzccybpzbcybpzb1111112222222121222+-+-=-+=+-+-=-=+=+=pooopooopoopoopp_ihihhhhh (1)式中:z1前后转向架构架平均垂向位移,z1=(zb1+zb2)/2;z2 前后转向架构架垂向位移差之半,z2=(zb2-zb1)/2。2.2 车辆有阻尼自由振动仿真及规律(1)MATLAB 仿真对建立的模型求解微分方程可得如下规律:由欧拉公式 eipt=cospt+isinpt 解得 (2)式中:1,2相位角。式(2)说明车体和转向架
11、的有阻尼自由振动仍然是 2 种振动形式的叠加,同时高频振动和低频振动的峰值都随着幂函数衰减。相比之下,高频振动衰减的速度更快。实际的衰减过程如图 3 所示。(2)ADAMS 仿真为了进一验证实际车辆模型的有阻尼振动过程,对模型进行动力学仿真,仿真是在车辆悬挂系统均添加相应的阻尼之后进行的,结果如图4所示。(续表)图 1 车辆整体模型效果图Fig.1 Effect drawing of overall vehicle modelxMC JcyOCzCb1b22Csz2Kz2KpzMb Jby图 2 有阻尼自由振系统模型Fig.2 Model of damped free vibration sy
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