基于AMESim空气弹簧模型车辆动力学性能分析

摘要

随着铁路的提速以及动车的发展，空气弹簧在铁路客车、动车组、地铁、轻轨和磁悬浮列车等领域得到广泛应用，并逐步取代传统的二系悬挂系统。在常规的车辆动力学分析中，一般将空气弹簧简化为线性弹簧和阻尼并联的系统。实际上空气弹簧是一个较为复杂的系统，由气囊、附加空气室、节流孔、高度控制阀和差压阀等部件组成。常规的空气弹簧模型不能反映空气弹簧在车辆运行过程中的真实作用，使得带有空气弹簧系统的车辆在进行动力学性能分析时产生较大误差，不利于车辆参数的优化。为了解决以上问题，建立了一种新的空气弹簧模型，并对其进行了分析验证。
　　利用多体动力学软件SIMPACK和AMESim软件建立了CRH380A车辆动力学模型和空气弹簧模型。根据空气弹簧作用原理，将空气弹簧模型与车辆动力学模型进行数据传输，根据GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对车辆进行了动力学性能分析，并与常规空气弹簧模型计算得到的车辆动力学性能指标进行对比分析，验证该AMESim空气弹簧模型的可靠性。分析结果表明，基于AMESim空气弹簧模型所测得的车辆动力学性能指标均满足评定标准，两种模型下的车辆动力学性能指标误差较小。
　　基于热力学和流体力学理论，建立了橡胶气囊、附加空气室和节流孔的气体动力学微分方程，并分析了空气弹簧气囊的刚度特性以及带附加空气室空气弹簧刚度特性。分析了空气弹簧附加空气室容积和节流孔直径对车辆直线运行平稳性的影响、高度控制阀无感区和延迟时间对车辆动力学性能的影响以及差压阀差压值对车辆动力学性能的影响。研究了空气弹簧发生泄漏时，差压值对车辆运行安全性的影响。
　　本文基于AMESim软件所建立的空气弹簧模型能够反映空气弹簧系统复杂的变化和作用过程，观测高度控制阀和差压阀流量、气囊与附加空气室压强，分析空气弹簧系统的多种参数对车辆动力学性能的影响，模拟空气弹簧破裂情况，所测得的车辆动力学性能指标与常规模型相比更具有真实性和可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 空气弹簧发展

1．2．1 国外空气弹簧发展

1．2．2 国内空气弹簧发展

1．3 空气弹簧研究现状

1．3．1 国外空气弹簧研究现状

1．3．2 国内空气弹簧研究现状

1．4 本文主要内容

第2章 空气弹簧主要结构及基本特性

2．1 空气弹簧主要结构形式

2．2 空气弹簧系统工作原理

2．2．1 高度控制阀

2．2．2 差压阀

2．2．3 节流孔

2．3 空气弹簧基本特性

2．3．1 空气弹簧气体微分方程

2．3．2 空气弹簧气囊特性

2．3．3 带附加空气室空气弹簧特性

2．4 本章小结

第3章 车辆动力学模型

3．1 车辆主要结构及参数

3．2 模型处理

3．2．1 轮轨接触几何关系非线性处理

3．2．2 轮轨蠕滑非线性处理

3．2．3 悬挂系统处理

3．2．4 轨道不平顺

3．3 车辆系统运动方程

3．3．1 轮对受力分析及运动微分方程

3．3．2 构架受力分析及运动微分方程

3．3．3 车体受力分析及运动微分方程

3．4 本章小结

第4章 空气弹簧模型

4．1 差压阀建模

4．1．1 差压阀模型

4．1．2 差压阀参数调节原理与要求

4．1．3 差压阀参数调节方法与结果

4．2 高度控制阀建模

4．2．1 高度控制阀模型

4．2．2 高度控制阀参数调节原理与要求

4．2．3 高度控制阀参数调节方法与结果

4．3 应急橡胶堆建模

4．4 空气弹簧其他部件建模

4．5 本章小结

第5章 车辆动力学性能分析

5．1 评定标准

5．1．1 车辆平稳性指标

5．1．2 曲线通过性能指标

5．2 仿真结果

5．2．1 车辆运行稳定性

5．2．2 车辆运行平稳性

5．2．3 曲线通过性能计算与分析

5．2．4 空气弹簧压强变化

5．3 本章小结

第6章 空气弹簧对车辆动力学性能的影响

6．1 空气弹簧模型车辆动力学性能的影响

6．1．1 空气弹簧模型对车辆运行平稳性的影响

6．1．2 空气弹簧模型对车辆曲线通过性能的影响

6．2 空气弹簧参数对车辆运行平稳性影响

6．2．1 附加空气室容积对车辆运行平稳性影响

6．2．2 节流孔直径对车辆运行平稳性影响

6．3 高度控制阀对车辆动力学性能的影响

6．3．1 无感区对车辆动力学性能的影响

6．3．2 延迟时间对车辆动力学性能的影响

6．4 差压阀对车辆动力学性能的影响

6．4．1 差压值对车辆运行平稳性影响

6．4．2 差压值对车辆曲线通过性能的影响

6．4．3 差压阀安全作用

6．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文