重载货车摩擦缓冲器动力学模型研究

基于摩擦缓冲器冲击试验数据建立缓冲器多段线性模型,利用附加黏滞摩擦力和附加阻尼力进行理论修正,构建缓冲器多段线性修正模型,利用车辆冲击仿真及反映列车运行工况的三角函数位移激励对缓冲器多段线性修正模型进行验证和分析。计算结果表明:缓冲器多段线性修正模型较常规多段线性模型更接近冲击试验结果;转换速度及外部位移激励的频率会对车钩力尖峰阶段产生影响,转换速度越大或者外部频率越小,车钩力越先进入尖峰阶段,形成的磁滞环就越大,消耗的车辆振动能量越多,后续的车钩力和车辆相对位移就会越小;附加黏滞摩擦力较好地模拟了缓冲器特性曲线的尖峰现象,等效摩擦系数越大,附加黏滞摩擦力越大,车钩力也越大;附加阻尼和车体刚度的共同作用使缓冲器加载曲线与卸载曲线之间平稳过渡,在附加阻尼的修正下,即使缓冲器处于过渡曲线上遇到往复加载和卸载载荷,缓冲器也能形成磁滞耗能环,亦能耗散车辆之间的振动能量。

重载货车弹簧摩擦式缓冲器的性能研究

介绍了重载货车弹簧摩擦式缓冲器的工作原理,采用ADAMS多体动力学仿真软件搭建了弹簧摩擦式缓冲器的虚拟样机模型。分析了缓冲器的初压力、弹簧刚度、斜面角度、摩擦副间的摩擦因数以及摩擦力对缓冲器工作性能的影响规律。结果表明,初压力和弹簧刚度增大,缓冲器的冲击行程将变小;楔块与中心楔块以及固定斜板与楔块间的角度增大,缓冲器的行程减小,阻抗力增加,且变化趋势呈现非线性。在选定的合理结构参数的基础上进行了冲击试验的仿真分析和试验研究,仿真和试验结果基本吻合。

钢摩擦与弹性胶泥复合型缓冲器数值模型

由HM-1型重载列车用钢摩擦与弹性胶泥复合型缓冲器(简称复合型缓冲器)的冲击试验特性曲线可知,复合型缓冲器在加载末端(加载与卸载转换时)其阻抗力陡增,出现尖峰(尖峰效应),且阻抗力达到一定数值后随行程缓慢增加(阻尼效应)。为准确描述复合型缓冲器的这一非线性特性,引入钢摩擦的黏滞摩擦力特性,对基于悬挂系统中悬挂力的数学方程而建立的纯钢摩擦缓冲器数值模型进行改进,以模拟纯钢摩擦缓冲器加载曲线末端阻抗力出现的非线性尖峰现象,再基于具有阻尼效应的弹性胶泥缓冲器数值模型,建立复合型缓冲器数值模型;以HM-1型缓冲器为例进行缓冲器冲击试验和重载列车纵向动力学的仿真计算,计算结果与试验结果基本一致,验证了复合型缓冲器数值模型的有效性和精确性。

重载机车扁销钩缓装置的受压稳定性

建立钩尾圆弧摩擦面与从板圆弧摩擦面的曲面-曲面接触摩擦数学模型，并结合改进的具有非线性迟滞特性的缓冲器数学模型和扁销止挡数学模型，采用SIMPACK软件建立重载机车扁销钩缓装置的动力学分析模型并验证其准确性，研究钩尾与从板问的摩擦系数及它们相互接触的圆弧摩擦面半径对钩缓装置受压稳定性的影响。结果表明：摩擦系数对钩缓装置的受压稳定性影响较大，随着摩擦系数的增大，钩尾的摩擦约束作用逐渐增强，钩缓装置的受压稳定性也随之增强，车钩转角呈阶梯形减小，建}义摩擦系数的合理控制范围为0．25～0．45；钩尾的圆弧摩擦面半径越大、从板圆的圆弧摩擦面半径越小，则钩缓装置的受压稳定性越好。

摩擦式缓冲器阻抗特性在列车纵向动力学中的应用

缓冲器的动力学特性在较大程度上决定着列车纵向动力学性能。传统缓冲器的阻抗特性曲线未能完整描述阻抗力与缓冲器行程变化率之间的关系,并且存在间断点。在列车纵向动力学应用中,引起很多难以克服的困难。本文以摩擦式缓冲器为研究对象,利用接触力学方法,给出阻抗力与缓冲器行程变化率之间的关系;根据处理静摩擦开关效应的相关理论,提出一种处理阻抗力曲线间断点的实用方法。数值算例验证了所提方法的合理性。

TPEE与带动板的楔形机构组合式缓冲器能量吸收率研究

为提高缓冲器的能量吸收率,发明了一种TPEE与带动板的楔形机构组合式缓冲器,根据TPEE元件缓冲器的静压实验获得力和位移关系曲线,应用运动学基本原理,对这种新型缓冲器主要元件的受力、位移、摩擦损耗和作功进行分析,在此基础上给出缓冲器吸收率的计算方法和主要公式,并针对某一应用工况给出算例。结果表明,新型组合式缓冲器的效率和能量吸收率等的计算公式正确,组合式缓冲器能量吸收率比TPEE缓冲器的能量吸收率有明显提高,为这种新型缓冲器的设计制造和应用提供参考。

重载货车摩擦缓冲器阻抗特性的数值模拟

为预测摩擦缓冲器的实际工作状态,从几何特征和作用原理的角度,建立详细的MT-2型缓冲器理论模型。首先,通过对缓冲器内部各摩擦元件的运动学和静力学分析,推导出缓冲器在准静态下的阻抗特性;其次,引入附加摩擦系数量化各摩擦元件之间动静态摩擦过渡时的黏滞补偿,并模拟出缓冲器在动态下的阻抗特性;最后,利用C80型货车冲击试验数据对该缓冲器的理论模型进行验证。验证结果表明:总体上,数值模拟和现场试验下的缓冲器示功曲线基本吻合,说明模型的正确性;局部上数值模拟中缓冲器从加载Ⅰ阶段过渡至加载Ⅱ阶段的突变现象在冲击试验中表现的并不明显,还有待进一步完善。

摩擦型缓冲器特性的数学描述

介绍了摩擦型缓冲器在车辆冲击过程中动态特性的特点和一种描述其动态特性的数学模型。进行车辆冲击过程仿真计算时,使用该模型可以更加真实地反映摩擦型缓冲器的动态特性。

带动板的TPEE与楔形机构组合式缓冲器静压试验仿真研究

为了提高缓冲器的能量吸收率和改善缓冲器的回弹性能,发明了一种带动板的热塑性聚酯弹性体(Thermoplastic Polyester Elastomer,TPEE)与棱锥台楔形机构组合式缓冲器,根据楔形机构和动板机构基本力学原理以及TPEE粘弹性本构关系模型,应用有限元方法对这种组合式缓冲器静压试验进行仿真研究,求解出静压试验压缩和回弹全过程中缓冲器的阻抗力、各种能量和能量吸收率,以及各元件的应力等。有限元仿真结果表明,有限元方法计算出的阻抗力和能量吸收率的结果与理论和实验相结合的方法所获得的阻抗力和能量吸收率非常接近;有限元方法计算出的等效应力结果,可为各主要元件的选材和结构优化提供重要参考。

铁路货车用新型缓冲器研制

介绍了新型缓冲器的总体设计方案及结构,确定了新型缓冲器的主要性能参数,并进行了试验验证。

重载列车摩擦胶泥型缓冲器研究

介绍了TM-100型缓冲器的结构、性能以及工作原理,并给出了缓冲器落锤试验及冲击试验情况。结果表明,用胶泥组件替换MT-2型缓冲器的内簧后,TM-100型缓冲器具有了与冲击速度相匹配的胶泥缓冲器的阻抗性能,并可将缓冲容量提高60%~100%。采用动力学仿真的方法研究了TM-100型缓冲器与MT-2型缓冲器对列车纵向冲动的缓冲作用,比较了两种缓冲器的不同之处,指出TM-100型缓冲器不仅显著提高了缓冲器的容量,能够解决MT-2型缓冲器容量小、行程上不足的缺点,而且降低了车钩力的瞬态冲击值,进而实现改善钩缓工作环境、提高钩缓装置使用寿命的目的,充分满足万吨级列车的运用要求。

重载货车冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响

基于摩擦缓冲器动力学理论、车钩双向接触方法与车体摇枕载荷传递模型,构建了车辆冲击三维动力学模型,仿真了不同冲击速度与不同空重车状态的货车冲击,分析了车辆冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响,并通过试验对仿真结果进行了验证。分析结果表明:利用车辆冲击三维动力学模型顺利实现了车辆冲击时缓冲器动态特性、车钩连挂动态特性与摇枕横向载荷的仿真计算,并获得了与冲击试验较为吻合的结果,其中车钩力误差基本小于10%,摇枕横向载荷误差基本小于25%;空车质量较小,在冲击作用下车钩和从板姿态变化大,因此,重车冲击空车时车钩力动态曲线振荡特性较重车冲击重车更为明显,甚至局部出现尖峰;相对于车钩接触模型与力学传递特性,摩擦缓冲器模型存在黏滞特性,导致重车冲击重车和重车冲击空车下车钩接触力较缓冲器阻抗力分别小24%和31%;车钩力和摇枕横向载荷随着冲击速度的提高而逐渐增大,且时间变化历程与最大峰值出现的时间基本一致,相同速度下重车冲击重车的车钩力要大于重车冲击空车的车钩力,在3、5、8km·h-1速度下分别大57%、25%和37%,而产生的摇枕横向载荷刚好相反,3种速度下分别小42%、53%和47%,因此,重车与空车调车连挂过程更容易造成转向架摇枕横向载荷过大,应严格控制其连挂速度。