【文章內(nèi)容簡介】 （211QtgP?????4）—作用于輪緣上的側(cè)向力； 1Q—作用于車輪上的垂向力；P—輪緣與輪軌間的摩擦系數(shù)； 1?—輪緣角；1?我們將 稱為脫軌系數(shù)，根據(jù)理論分析與實驗研究，目前我國采用的脫軌系數(shù)安1QP全指標是： 危險限度 （25）1QP? 允許限度 （26）1在 SIMPACK 軟件中是 Y—lateral force on track、Q—vertical force on track Y/Q—derailment 表示作用在軌道上的橫向力， Q 表示作用在軌道上的垂向力，Y/Q 表示脫軌系數(shù)。3)輪重減載率 （27）12()/P?? （28） ?? （29） 1 （210）2P??— 左右側(cè)車輪的平均輪重 P—輪重的減載量?目前我國采用的輪重減載率安全指標； 危險限度 （211）P?? 允許限度 （212）在 SIMPACK 軟件中，利用 001shifty 和 062 就可以輸出輪重減載率的曲線。第三章 模型制作過程 車輛和線路的一些動力學性能特點車輛有許多部件組成，各部件之間通過剛性和彈性的元件聯(lián)系在一起，由于車輛結(jié)構(gòu)和裝載不完全對稱，聯(lián)系之間存在諸多非線性因素，車輛的各種部件的運動是相互影響的，在一般情況下，各個廣義坐標之間可能有較強的耦合。有時為了研究車輛某些性能還要考慮車輛結(jié)構(gòu)的彈性或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的彈性，這樣使車輛結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更加復雜?？傊?，車輛系統(tǒng)是一個多體及多自由度系統(tǒng)，比兩個自由度系統(tǒng)要復雜得多。 車輛零部件的非線性車輛采用的彈性元件和阻尼元件有線性和非線性的，而且很多是非線性的。1)彈性元件的非線性非線性的彈性元件很多，例如為保證空重車的性能，貨車轉(zhuǎn)向架采用兩級或者多級剛度彈簧，Y32 型轉(zhuǎn)向架的一系彈簧為兩端線性，圓柱形螺旋彈簧的橫向剛度是隨彈簧高度變化的，空氣彈簧剛度與內(nèi)部壓力有關(guān)，在振動過程中剛度隨壓力變化，橡膠彈簧的剛度是隨振動頻率變化的，頻率越高，剛度越大。2)阻尼非線性液壓減振器和空氣彈簧的阻尼大小與節(jié)流孔有關(guān)系，在節(jié)流孔為等截面的條件下，其阻力與流體速度呈平方關(guān)系。KONI 抗蛇形減振器的特性曲線也是呈非線性，轉(zhuǎn) K2轉(zhuǎn)向架摩擦減振器位移和力的特性在上升和下降時不是同一條直線，控制性轉(zhuǎn)向架采用常摩擦減振器等。3)游間和止擋當車輛兩部件之間存在游間時，兩部件可以自由相對運動，其約束剛度為零，當相對運動量超過游間時，兩部件出現(xiàn)接觸剛度。當兩部件之間存在止擋，當止擋接觸時，除原有的彈性剛度外，還應當另加一個止擋的剛度。 除此以外，車輛系統(tǒng)中還存在其他各種非線性因素，應當根據(jù)實際情況在車輛系統(tǒng)建模時加以考慮。 輪軌關(guān)系輪軌關(guān)系包括兩部分，即輪軌之間接觸幾何關(guān)系和輪軌之間的蠕滑關(guān)系。1)輪軌接觸幾何關(guān)系由于車輪輪廓面和鋼軌輪廓面是由弧面組成，當車輪相對鋼軌移動時車輪與鋼軌的接觸點不同，在接觸點處車輪與鋼軌的滾動半徑和弧面橫向的主曲率半徑不同，輪軌公切面和車軸中心線相對軌面的側(cè)滾角也發(fā)生變化，形成特殊的輪軌接觸幾何關(guān)系，這種關(guān)系在動力學分析中應該仔細考慮。2)輪軌間的蠕滑根據(jù)荷蘭 Kakler 教授的研究，輪軌之間的蠕滑有縱向蠕滑、橫向蠕滑和回旋蠕滑三種，縱向蠕滑產(chǎn)生沿鋼軌方向的縱向蠕滑力，橫向蠕滑產(chǎn)生橫向蠕滑力，回旋蠕滑產(chǎn)生繞輪軌接觸斑法線的蠕滑力矩。蠕滑系數(shù)的大小與輪軌接觸斑的形狀大小有關(guān)，接觸斑的形狀大小又與輪軌接觸幾何關(guān)系和輪軌間的法向力有關(guān)。而輪軌接觸斑的位置在車輛運行中是不斷變化的。蠕滑率與蠕滑力之間呈非線性關(guān)系，在研究車輛蛇形運動時要求考慮輪轂意見的蠕滑，在研究車輛在軌道不平順作用下的的響應時，也要考慮輪軌間的蠕滑力的作用。 車輛蛇形運動及其臨界速度實際車輛中，輪對是轉(zhuǎn)向架的一個組成部分，它與轉(zhuǎn)向架是不可分割的，輪對的運動影響整個車輛的運動，車輛的運動有反過來影響輪對的運動，而且各個輪對之間的運動是相互影響的。 輪對的運動輪對是車輛運行的基礎。輪對在線路上有各種運動，如輪對的橫向移動、搖頭、側(cè)滾和轉(zhuǎn)向架等，而且輪對上受各種外力的作用，與有不小的質(zhì)量與慣性。輪對本身就是一個運動體，它的運動也影響車輛的運動。 激擾因素線路實際情況在研究車輛的實際性能時，應當考慮各種激擾因素的影響，除了線路的波浪形不平順等周期性和局部不平順激擾外，還應當考慮各種隨機不平順和線路在曲線上的變化。 模型的建立 輪對的建立首先在 View 中點 set up 建立模型，點擊 standard，將模型類型選擇為 wheel/Rail，然后在 Global 中改重力加速度 。打開 Body，新建一個物體名 WS_F，它代表的是前輪對，建立一個剛體所需的主要的計算參數(shù)。其參數(shù)見表 31，給出了輪對質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量。在 simpack 中可見圖 31 所示，是輸入輪對參數(shù)的窗口。表 31 輪對參數(shù)輪對質(zhì)量 2022 kg輪對側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量 720 kgm2輪對點頭轉(zhuǎn)動慣量 80 kgm2輪對搖頭轉(zhuǎn)動慣量 980 kgm2然后就要建立輪對左右兩側(cè)的 Mark 點：左側(cè)：X= 0 Y= 1 Z=0；右側(cè)：X= 0 Y= 1 Z=0。圖 31 輪對的建立 建立了輪對 Body 后，使用 database 存儲已建立的信息，用來建立另一個輪對。建立另一個輪對，同樣，新建一個物體 WS_B，代表后輪對，點擊 Database，選擇其中的 WSF，這樣就建立了另一個輪對，再點擊 Database 中的 none，這樣生成的數(shù)據(jù)就可以修改。在定義運動副（Joints）過程中，將輪對定義為 07 號運動副，運動副 07 有六個自由度，即縱向、橫向、垂向、側(cè)滾、點頭、搖頭。 bogie 構(gòu)架的建立在生成輪對的基礎上來建立構(gòu)架。與之前建立的輪對的步驟相同，見表 32，為構(gòu)架有關(guān)的參數(shù)。在 simpack 中輸入窗口見圖 31。Joint 中選擇運動副 07 更改 s，自由度是 6。表 32 構(gòu)架參數(shù)構(gòu)架質(zhì)量 3200 kg構(gòu)架側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量 x 2592 kg?m2構(gòu)架點頭轉(zhuǎn)動慣量 y 1752 kg?m2構(gòu)架搖頭轉(zhuǎn)動慣量 z 3200 kg?m2構(gòu)架重心距軌面高度 502 mm車輪滾動圓直徑 860 mm圖 32 構(gòu)架的建立 軸箱的建立軸箱的建立與輪對，構(gòu)架的建立步驟相同，其參數(shù)見表 33，simpack 輸入窗口見圖 33。定義輪對與軸箱的關(guān)系選擇 02，即軸承關(guān)系。表 33 軸向參數(shù)軸箱質(zhì)量 108 kg軸箱側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量 x 2 kg?m2軸箱點頭轉(zhuǎn)動慣量 y 9 kg?m2軸箱搖頭轉(zhuǎn)動慣量 z 7 kg?m2軸箱彈簧縱向間距 2500 mm軸箱彈簧橫向間距 2022 mm圖 33 軸箱的建立 一系懸掛連接一系懸掛的建立分別為垂向阻尼，一系彈簧，鉸接三種，都是從構(gòu)架連接到軸箱。下面將分別論述其理論。1)垂向阻尼的連接垂向阻尼的連接是構(gòu)架與軸箱之間的連接，先建立 mark 點，其 mark 點坐標見表34，在連接的時候選擇 04 號力元。其性能參數(shù)見圖 34，為垂向液壓減振器的性能曲線。表 34 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)前輪對左側(cè) 1 前輪對右側(cè) 1 后輪對左側(cè) 1 構(gòu)架后輪對右側(cè) 1 前輪對左側(cè) 0 +前輪對右側(cè) 0 +后輪對左側(cè) 0 +軸箱后輪對右側(cè) 0 +圖 34 垂向液壓減振器性能曲線2)彈簧的連接一系彈簧的連接也是構(gòu)架與軸箱之間的連接，首先建立 mark 點，其數(shù)據(jù)見表 35，列出了軸箱與構(gòu)架上的 mark 點坐標值，連接的時候選擇 01 號力元。表 35 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)前輪對左側(cè) 1 前輪對右側(cè) 1 后輪對左側(cè) 1 構(gòu)架上后輪對右側(cè) 1 前輪對左側(cè) 0 0 前輪對右側(cè) 0 0 后輪對左側(cè) 0 0 軸向上后輪對右側(cè) 0 0 3)鉸接鉸接的連接也是構(gòu)架與軸箱之間的連接，首先建立 mark 點，其數(shù)據(jù)見表 36，列出了構(gòu)架與軸箱上的 mark 點坐標，連接的時候選擇 05 號力元。表 36 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)前輪對左側(cè) 1 前輪對右側(cè) 1 后輪對左側(cè) 1 構(gòu)架上后輪對右側(cè) 1 前輪對左側(cè) 0 前輪對右側(cè) 0 后輪對左側(cè) 0 軸箱上后輪對右側(cè) 0 二系懸掛的建立二系懸掛的的建立是通過虛體來連接，所以首先要建立虛體，因為二系懸掛中要建立抗蛇形減振器、橫向止檔、橫向阻尼、空氣彈簧、抗側(cè)滾扭桿、牽引拉桿。所以這里我們需要分別建立其 Mark 點，使虛體和轉(zhuǎn)向架得以連接1) 空氣彈簧的連接空氣彈簧的連接是虛體與構(gòu)架的連接，首先建立 mark 點，其數(shù)據(jù)見表 37，列出了虛體與構(gòu)架上的 mark 點坐標，連接的時候選擇 05 號力元。表 37 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)輪對左側(cè) 0 1 9虛體上輪對右側(cè) 0 1 9輪對左側(cè) 0 1 9構(gòu)架上輪對右側(cè) 0 1 92) 抗蛇形減振器的連接抗蛇形減振器的連接是虛體與構(gòu)架的連接，首先建立 mark 點，其數(shù)據(jù)見表 38，列出了虛體與構(gòu)架上的 mark 點坐標，連接的時候選擇 04 號力元。表 38 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)輪對左側(cè) 0 虛體上輪對右側(cè) 0 輪對左側(cè) 構(gòu)架上輪對右側(cè) 3) 橫向阻尼的連接橫向阻尼的連接是虛體與構(gòu)架的連接，首先建立 mark 點，其數(shù)據(jù)見表 39，列出了虛體與構(gòu)架上的 mark 點坐標，連接的時候選擇 06 號力元。其性能參數(shù)見圖 35，為橫向減振器特性。表 39 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)輪對左側(cè) 虛體上輪對右側(cè) 輪對左側(cè) 構(gòu)架上輪對右側(cè) 圖 35 橫向減振器特性4) 止擋（選擇 05 號力元）橫向止擋的非線性特性通過函數(shù)(outputfunction)來定義，并在橫向力的設置中引用，根據(jù)下表繪制函數(shù)，輸出的特性曲線如圖 36。在連接的時候選擇 05 號力元。表 310 特性參數(shù)F(KN) 15 0 0 0 15S(mm) 45 40 30 20 0 20 30 40 45圖 36 橫向止擋特性曲線5) 牽引拉桿的連接虛體與構(gòu)架之間的連接還有牽引拉桿，其 mark 點見表 311，連接的時候選擇 05號力元。表 311 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)虛體 0 0 構(gòu)架 0 0 6) 抗側(cè)滾扭桿的連接虛體與構(gòu)架之間的連接還有抗側(cè)滾扭桿的連接，其 mark 點見表 312，連接的時候選擇 13 號力元。到此車輛所有的一系與二系懸掛裝置的連接全部完成，轉(zhuǎn)向架也就建立好了，見圖 37.表 312 mark 點坐標X（m） Y(m) Z(m)虛體 0 0 構(gòu)架 0 0 圖 37 轉(zhuǎn)向架 整車模型的建立新打開一個模型，用 database 數(shù)據(jù)庫，調(diào)用兩次轉(zhuǎn)向架，這樣就可以直接在轉(zhuǎn)向架上建立車體了。車體的參數(shù)見表 313.表 313 車體參數(shù)車體質(zhì)量 t車體側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量 102384 kgm2車體點頭轉(zhuǎn)動慣量 1548400 kgm2車體搖頭轉(zhuǎn)動慣量 1335100 kgm2建立車體前后兩個 mark 點：前面 x=9 ，y=0 ，z=1；后面 x=9 y=0 z=1，然后將虛體與車體選 00 號關(guān)系固定。這樣整車模型就建立完成，見圖 38.圖 38 整車模型 車輛參數(shù)表 314