内燃动车组动力包刚柔耦合双层隔振系统动力学建模及参数影响分析

动力包系统为内燃动车组的重要组成部分,其隔振性能直接关系到动车组的运行安全性及乘坐舒适性。针对动力包刚柔耦合双层隔振系统,提出了一种基于子结构频响函数综合的动力包刚柔耦合双层隔振系统建模方法。该方法将动力包系统分为发电机组、散热器机组、公共构架和车体地板子结构,通过2次频响函数综合建立了公共构架B-基础D综合体和机组刚体的频响函数表达式,大大提升了建模效率与计算速度,对工程计算和设计具有重要的价值。通过与ABAQUS软件中有限元频响结果进行对比,验证了该方法的正确性与计算精度。以某型内燃动车组动力包系统为研究对象,利用该建模方法,结合动力包系统实际隔振设计需求,研究了子结构质量比、子结构刚度、子结构阻尼、各级隔振器刚度及阻尼等参数对动力包系统隔振性能的影响规律,为内燃动车组动力包隔振系统设计及优化提供了理论支撑。

动力包多子结构双层隔振系统隔振优化方法

为了提升内燃动力包隔振性能,针对优化设计过程中优化参数较多及优化效率较低的问题,对其隔振优化方法进行研究。首先,通过综合各子结构质量、刚度矩阵建立多子结构动力包双层隔振系统24自由度动力学模型,对系统进行传统的全局坐标系下自由度耦合分析并据此提出能够去除子结构平动、转动自由度固有耦合效应的多坐标系解耦概念;其次,运用Sobol’全局灵敏度分析方法确定对动力包隔振性能影响较大的参数,并将其作为优化变量;然后,综合考虑解耦率与隔振效率对动力包进行多目标优化;最后,根据建立的动力包刚柔耦合有限元模型对系统隔振性能进行评估。结果表明,优化后系统解耦率及各工况下隔振效率均达到较高水平,验证了该方法的有效性。

带子系统的动力包双层隔振系统隔振设计研究

目前对带子系统的动力包双层隔振系统的隔振设计尚未形成一套行之有效的设计方法,针对这一研究现状展开了对其隔振设计的研究。提出了一种先优化设计主隔振系统确定一、二级隔振器刚度,然后将子系统充当主系统吸振器按照H∞准则设计出子系统隔振器刚度的两级优化设计方法。以某型内燃动车动力包为研究对象,采用提出的两级优化设计方法对动力包进行优化设计,并基于优化后的参数对动力包进行了隔振性能测试。结果表明,经过优化后,在常规工况和停机工况,动力包双层隔振系统皆具备优良的隔振性能,验证了方法的有效性。

子系统对动力包双层隔振系统隔振性能影响

目前对带子系统的动力包双层隔振系统子系统参数设计的研究甚少。针对这一现状,笔者采用试验的方法,分别研究了某型内燃动车动力包双层隔振系统子系统各隔振参数(隔振器总刚度、阻尼、隔振器刚度比)对其隔振性能及动态特性的影响。研究结果表明,将子系统设计成双层隔振主系统的动力吸振器,能使动力包双层隔振系统在发动机常规工况和停机或启动工况皆具备优良的隔振性能,并且隔振系统在子系统隔振器参数取较小的刚度,适当大的阻尼和合适的刚度比时能取得较好的隔振效果。

滚筒洗衣机刚柔耦合隔振系统的动态特性研究

针对滚筒洗衣机的隔振研究采用实验方法难以得出连续激振频率下的动态响应,钣金件箱体的柔性变形对振动的影响不可忽略等问题,提出基于刚柔耦合方法的虚拟样机技术解决方案。首先,基于拉格朗日方程,解出隔振系统的运动微分方程;其次,采用ANSYS对箱体模型进行模态计算,将输出的模态中性文件进行刚柔耦合并在ADAMS/Vibration平台进行频谱响应仿真,得出弹簧刚度与阻尼系数在连续频域上对系统振动的影响,通过ADAMS/Durability计算,得出箱体结构的hot spots;最后,使用灵敏度的分析方法,经过连续迭代,得出优化振幅的变量选择依据。

内燃动车动力包刚柔耦合系统动力学特性分析

以某带空冷、静压泵装置双子系统的典型内燃电传动车组动力包为研究对象,分别考虑构架刚性和柔性建立动力学模型,研究中间构架柔性对带双子系统的双层隔振系统模态特性和谐响应的影响。研究表明:构架柔性对机组整机振动能量的影响很小,最大仅有0.58%;考虑构架柔性后,构架上的振动响应在整个频段上仍是以刚体振动模态响应为基础,对于构架结构振动响应的影响表现为在(20~40)Hz两条振动响应曲线相互交错;在40Hz以上,构架结构振动响应表现为在刚体振动模态响应曲线基础上的叠加。

子系统参数对双层隔振系统固有特性的影响

为了研究子系统参数对双层隔振主系统固有特性的影响规律,将系统抽象为3自由度动力学模型,推导了系统动力放大系数(振幅比)和无量纲固有频率(固有频率比)解析式以及振型和解耦度与子系统质量比和刚度比的关系式,进而研究了子系统质量比和固有频率比对双层隔振主系统固有特性(固有频率、解耦度)的影响规律。在此基础上,针对含多个子系统的内燃动车动力包双层隔振系统,仿真计算了空冷子系统的质量和刚度对双层隔振12自由度主系统固有特性的影响规律。研究结果对双层隔振系统子系统的设计具有指导意义。

中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响

为定量分析中间构架柔性对内燃动力包双层隔振系统隔振特性的影响规律,指导双层隔振系统的优化设计,建立中间构架的有限元模型并进行模态计算,通过与试验模态对比,验证有限元模型的正确性。在Adams中建立考虑中间构架柔性的刚柔耦合系统动力学模型以及将中间构架视为刚体的多刚体系统动力学模型。通过自由振动和扫频分析,得到中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响规律。研究结果表明中间构架柔性会使系统固有频率及主模态方向解耦度减小,并使系统幅值响应出现"移频"、"增频"现象,其中低频段以"移频"为主,高频段以"增频"为主,中频段二者同时出现。相关结论可为隔振设计以及耦合振动的有效控制提供动力学方面的参考。

多子系统双层隔振实验台设计

动力包双层隔振系统除机组外还有静压泵和空空冷却装置的隔振,从而构成了典型的多子系统双层隔振系统,其隔振设计将直接影响动力包结构部件的工作寿命和动车的乘坐舒适性。为研究多子系统双层隔振系统的隔振设计方法,以内燃动车动力包隔振系统设计为对象,设计了一种多子系统双层隔振实验台,重点对公共构架、安装支架等进行了结构设计;并利用ANSYS软件对安装支架进行了动态性能分析;通过虚拟装配设计保证了结构部件之间不存在装配干涉;最后对加工完成的实验台进行了测试,结果表明实验台隔振效果明显。可对多子系统双层隔振系统的隔振设计进行实验研究。

某混合动力总成系统模态频率匹配分析

针对某混5408动力总成系统的双层隔振问题,利用ADAMS动力学仿真软件建立了柔性车架、刚性柴油发电机组的刚柔耦合模型.对该双层隔振系统进行了模态分析计算,得到了双层隔振系统的模态参数.对混合动力系统各主要部件、混合动力系统与车体、混合动力系统与柴油发电机组进行了模态频率匹配分析.结果表明:混合动力总成系统隔振器刚度设计满足各部件、车体及柴油发电机组之间不发生强烈耦合共振,模态匹配合理,隔振器刚度设计得当.

子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响

为了阐明子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响,建立了针对带子系统的双层隔振系统的三自由度动力学模型;推导了一、二级主系统与子系统振幅比的解析式;分析了3种振幅比随子系统质量比、固有频率比和阻尼比的变化规律;给出了子系统充当双层隔振系统吸振器时最优参数的解析解和数值精确解;以中国首批内燃动车动力包为研究对象,探讨了散热器子系统的刚度、阻尼和质量对动力包双层隔振系统隔振性能以及柴油发电机组和散热器本身振动烈度的影响规律;得到了最优散热器隔振器刚度的动力包双层隔振系统样机,并进行了振动试验。试验结果表明:散热器隔振器刚度大于拐点处刚度1.5倍会严重恶化子系统的振动情况,其阻尼损耗系数取0.24左右能有效抑制双层隔振系统力传递率和振动烈度比的峰值,取较大的散热器质量能有效提高双层隔振系统的隔振性能,减小机组和散热器本身的振动烈度;经过设计后,停机工况下二级隔振器最大动反力减小50%,常规工况下二级隔振器的实测最大动反力为296N,优于同类水平,常规工况下机组与散热器实测振动烈度最大值分别为15.45、4.97mm·s-1,水平优秀。可见,取较大的子系统质量和阻尼,并将其视为双层隔振系统的吸振器进行优化设计,可使双层隔振系统在柴油机启停机工况和常规工况下都具备较优的动力学性能。