铁道车辆抗蛇行减振器力学模型及动态特性研究

摘要

抗蛇行减振器是提高机车车辆运行稳定性的关键悬挂元件之一。抗蛇行减振器因结构差异导致内部油液流动方向不一致，减振器处于拉伸或者拉伸行程时，动态特性表现出极大的差异。因此，深入研究现役不同油液流动方向的抗蛇行减振器力学模型及动态特性，对于如何选择抗蛇行减振器参数，提升整车动力学性能具有重要意义。 本文从铁道车辆现役抗蛇行减振器出发，分析了铁道车辆常用抗蛇行减振器的结构特性，初步建立了包括减振器油路、阀系、泄漏、油液属性等因素在内的物理参数力学模型，为抗蛇行减振器物理仿真模型的建立提供理论依据。 针对液压减振器动态特性现行算法的局限性，提出了一种液压减振器动态特性改进算法。通过对比两种动态特性算法，证明了改进算法能精确再现不同油液流动类型抗蛇行减振器拉伸及压缩性能之间的实际差异及高可靠性。 以不同油液流动类型抗蛇行减振器为基础，建立了AMESim抗蛇行减振器仿真模型。通过台架试验、AMESim 仿真模型、Maxwell 简化串联模型三者之间的静、动态示功图的对比，证明了Maxwell简化串联模型具有较高仿真误差及AMESim仿真模型的高精度；利用改进算法计算了不同油液流动类型抗蛇行减振器的台架试验结果、AMESim模型仿真结果，通过两者动态特性指标间的对比，进一步的验证了AMESim仿真模型的精度。 从各行程高压腔体的瞬时压力变化角度，对单、双油路抗蛇行减振器动静态特性差异机理进行了研究，小幅值激励下压缩行程因高压腔油液体积大幅增加，建立的瞬时高压较低，导致压缩阻尼力远小于拉伸阻尼力。最后以油液双向流动抗蛇行减振器为例，探讨了液压减振器阀系结构参数、油液属性、橡胶球关节参数对抗蛇行减振器性能的影响。 利用 Simpack/Simulink/AMESim 联合仿真技术，建立了抗蛇行减振器与车辆系统实时交互联合仿真模型，对比分析了AMESim减振器模型与Maxwell简化串联模型对整车动力学性能的影响差异，为车辆动力学仿真选择抗蛇行减振器模型提出了建议。以简化串联模型作为抗蛇行减振器力元参数输入时的车辆系统动力学仿真存在较大的局限性及仿真误差。

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