货车转向架动力学参数测试方法研究

因 !所 以 对 抗 菱 刚 度 的 测 试 非 常 重 要 $ 三大件式货车转向架的两侧架通过弹簧和楔块式
摩 擦 减 振 器#摇 枕 联 系 在 一 起 组 成 构 架!配 合 较 为 松 弛 $在 实 际 运 行 过 程 中 !两 侧 架 的 同 步 摇 头 和 方 向 伸 缩
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铁道车辆 第 $A卷第 M期 #AA#年 M月
试验研究
铁道车辆 第 ?.卷第 ,期 4..4年 ,月
文 章 编 号 !"##$%&’#$($##$)#’%##"’%#*
货车转向架动力学参数测试方法研究
魏 培 虎 +张 济 民 +王 开 文
(西南交通大学 牵引动力研究中心+四川 成都 ,-../-)
摘 要!阐 述 了 测 试 货 车 转 向 架 动 力 学 参 数 的 必 要 性+对 货 车 转 向 架 的 关 键 动 力 学 参 数 抗 弯 刚 度0抗 剪 刚 度 及 抗 菱
根据上述 基 本 原 理+货 车 转 向 架 动 力 学 参 数 试 验 台 主 要由试验平台0液压 伺 服 加 载 系 统 和 测 试 系 统 三
收 稿 日 期 !4..-%.5%-,
作 者 简 介 !魏 万培 虎方(数-;5据.%)+男 +硕 士 研 究 生 1 < >=<
部分组成+如图 -所示1 试验平台 为 活 动 平 台+活 动 平 台 通 过 轴 承 支 撑 于
刚度的测试方法进行了探讨1
关 键 词 !货 车 2转 向 架 2动 力 学 参 数 2测 试 方 法
中图分类号!345.6-7 -23454
文 献 标 识 码 !8
随 着 干 线 客 车 的 提 速 +货 车 的 提 速 也 迫 在 眉 睫 1我 国 9.年 代 后 期 研 制 的 主 型 转 向 架 转 :8 是 铸 钢 三 大 件 式 货车转向架+其动力 学 性 能 已 明 显 不 能 适 应 提 速 的 要 求 +必 须 对 其 进 行 改 进 1三 大 件 式 货 车 转 向 架 的 抗 菱 刚 度0抗剪刚度和抗弯 刚 度 等 是 货 车 转 向 架 结 构 设 计和理论计算的重要参数1为了保证新研制的转向架 有 良 好的动力学性能+在 设 计 时 就 必 须 对 其 动 力 学 参 数 进 行 优 化 选 择 +达 到 参 数 理 论 上 的 最 佳 匹 配 1 但 是 + 在 实 际生产中+单纯的理 论 计 算 往 往 并 不 能 完 全 确 保 转 向 架 的 动 力 学 性 能 +因 此 +有 必 要 对 新 研 制 的 转 向 架 的 动 力学参数进行实际 测 定+这 样 可 以 缩 短 新 型 转 向 架 的 开 发 周 期 +降 低 开 发 成 本 +提 高 产 品 的 质 量 1 本 文 结 合 货车转向架动力学 参 数 试 验 台 的 研 制 过 程+对 货 车转向架动力学参数的测试方法进行介绍1
基础结构上1通过对活动平台施加不同的约束及 4个 作动器的配合作用+可以 使 其 产 生 横 向 运 动 或 回 转 运 动1活动平台的主要作用是使放置在上面的转向架的 各部件之间或转向架与车体之间能够产生相对移动或 转 动 +并 尽 量 减 小 平 台 移 动 时 的 摩 擦 阻 力 1在 活 动 平 台 的一侧布置有 4个液压 作 动 器+作 动 器 的 一 端 固 定 在 基础结构上+另一端作用于活动平台1当 4个作动器同 向运行时+活动平台产生横向运动2当 4个作动器反向 运 行 时 +活 动 平 台 产 生 回 转 运 动 1
性 能 的影响是完全相反 的!小 的 抗 弯 刚 度 有 利 于 曲 线 通 过 !而 表 征 蛇 行 运 动 失 稳 的 临 界 速 度 则 降 低 $设 计 转 向 架 时!一 般 根 据 对 车 辆 的 不 同 要 求!采 用 折 中 的 方 法 !协 调 两 者 的 矛 盾 $轮 对 间 的 抗 剪 刚 度 影 响 着 转 向 架 的 直 线 运 行 稳 定 性 !抗 剪 刚 度 越 大 !两 轮 对 间 就 越 难 形 成 菱 形 错 位 和 蛇 行 !临 界 速 度 也 就 越 高 $ %&’&’ 抗弯刚度的测试
该试验台主要可以测试转向架的以下基本动力学 参 数!一 系 垂 向0横 向 及 纵 向 刚 度2二 系 垂 向0横 向 刚 度 2抗 弯 刚 度 及 抗 剪 刚 度 2抗 菱 刚 度 2心 盘 0旁 承 回 转 摩 擦 力 矩 2减 振 器 相 对 摩 擦 因 数 1
图 - 货车转向架动力学参数试验台结构示意图
+,1
2 7
)(*
式中-266 (个作动器的作用力之和"
766 (个轮对的相对横向位移$
%&% 抗菱刚度 89 的测试方法
所谓抗菱 刚 度!是 指 使 两 侧 架 前 后 错 动 而 施 加 的
剪切力矩与产生菱形变形后两侧架中心连线相对于原
侧架中心连线的转角之比$抗菱刚度是三大件式货车 转 向 架 所 特 有 的 动 力 学 参 数 !且 只 在 整 车 状 态 下 存 在 ! 在 载 重 变 化 时 !抗 菱 刚 度 也 会 发 生 变 化 $ 一 般 来 说 !转 向 架 的 抗 菱 刚 度 变 小 !临 界 速 度 就 会 降 低 !抗 菱 刚 度 不 足是三大件式货车转向架动力学性能下降的主要原
其中+
1.
5#6 57 #8
式中+/44 #个作动器的作用力之和(
#-44 转向架的轴距(
#844 位移传感器两测点之间的距离(
5795#44 同一侧架两端的横向位移量"
以上 #种方法在理论上是
等 效 的!在 实 际 操 作 中 各 有 其
优缺点"第 7种方法更为直接!
但需要制作固定侧架以及作动
器与侧架进行连接的专用夹
根 据 抗 弯 刚 度 +.的 定 义!对 其 进 行 测 试 时 采 用 如 下 的方法-将待测转向 架 的 一 轮 对 置 于 活 动 平 台 上 并 用 专用夹具固定!消除 轮 对 与 活 动 平 台 之 间 的 相 对 运 动!将另一轮对固定于地面!如图 /所 示$(个 作 动 器 作 反 向 运 行 !对 活 动 平 台 加 载 使 其 产 生 回 转 运 动 !通 过传感器测量 (个作动器的作用力大小及 (个轮对的 相 对 角 位 移万!方并数绘据制 出 力 矩 0角 位 移 关 系 曲 线 $ 利 用 下
具!对 不 同 的 转 向 架 需 要 对 作 动器的位置进行调整"第 #种 方 法 为 间 接 法!作 动 器 作 用 于 活 动 平 台!对 不 同 的 转 向 架 不 需 调 整 作 动 器 的 位 置!不 需 要 上 述 #种 专 用 夹 具!并 且 用 这 种方法时转向架在试验台上的
固 定 方 式 与 测 试 抗 弯9抗 剪 刚
面的公式计算转向架的抗弯刚度 +.-
+.1
23 4
wenku.baidu.com
式中-266 作动器的作用力"
366 (个作动器之间的间距"
466 (个轮对的相对角位移$
)5*
图 / 抗弯刚度 +.测试示意图
%&’&% 抗剪刚度 +,的测试 测试抗剪刚度的方法参见图 /$此时转向架在试
验台上的固定方式与测 试 抗 弯 刚 度 时 相 同!所 不 同 的 只是 (个作动器的运行 方 向 及 对 所 采 集 数 据 的 处 理$ 在 测 试 抗 弯 刚 度 时 !(个 作 动 器 作 反 向 运 行 !活 动 平 台 产 生 回 转 运 动 "而 在 测 试 抗 剪 刚 度 时 !(个 作 动 器 作 同 向 运 行 !活 动 平 台 产 生 横 向 运 动 !测 量 作 动 器 的 作 用 力 大小及 (个轮对的相对横向位移!绘制出力0位移关系 曲线$利用下面的公式计算转向架的抗剪刚度 +,-
行测试而不需对转向架进行调
整!减少试验时的 工 作 量!提 高 效 率(这 种 方 法 的 不 足 之 处 是 在 每 次 试 验 时 都 需 要 重 新 布 置 #个 位 移 传 感 器 !而 前 一 种 方 法 则 不 存 在 这 样 的 问 题 "
重工况$ 下面主要 介 绍 货 车 转 向 架 的 抗 弯 刚 度#抗 剪 刚 度
及抗菱刚度的测试方法$
%&’ 抗弯刚度和抗剪刚度的测试方法
对 于 (轴 转 向 架!可 按 静 力 学 观 点 将 其 等 效 为 ( 个相互弹性约束的轮对$以弹簧悬挂装置在水平平面 内 的 特性不变为前提!该 弹 性 约 束 可 用 等 效 抗 弯 刚 度 和等效抗剪刚度的 (个弹簧来代换)图 (*$
" 货车转向架动力学参数试验台基本组成
测试转向架的动力学参数可采用多种不同的方
法 +比 如 +在 测 试 轴 箱 定 位 刚 度 时 +既 可 以 将 轮 对 固 定 + 对 构 架加载+也可 以 将 构 架 固 定+对 轮 对 加 载2又 如 在 测 试 心盘0旁承回 转 摩 擦 力 矩 时+可 以 将 车 体 固 定+对 构 架 加 载 +也 可 以 将 构 架 固 定 +对 车 体 加 载 1 研 究 人 员 可 根 据具体的试验条件 来 选 择 使 用 的 试 验 方 法+但 归 纳 其 基 本 原 理 +都 是 将 待 测 转 向 架 放 置 在 试 验 台 上 +将 一 些 部 件 固 定 +而 对 另 一 个 或 几 个 部 件 施 加 作 用 力 +使 转 向 架 各 部 件 之 间 或 转 向 架 与 车 体 之 间 产 生 相 对 (角 ) 位 移 +通 过 测 量 所 施 加 的 作 用 力 及 对 应 的 位 移 +根 据 转 向 架 各动力学参数的定 义+对 所 采 集 的 原 始 数 据 进 行 处 理 +进 而 得 出 试 验 结 果 1
等效抗弯刚度
定义为前后轮对上
施加的反向力矩与
前后轮对的相对转
角之比$等效抗剪 刚度 +,的定义是前后轮对作横向位
图 ( (轴转向架等效模型
移 时!后 轮 对 便 对 前轮对作用有弹性
复 原 力!该单位位移所产 生 的 力 称 为 两 轮 对 间 的 等 效 抗剪刚度$
转向架的抗弯刚度对蛇行运动稳定性和曲线通过
$ 货车转向架动力学参数的测试方法
转向架动力学参数的测试一般在准静态条件下进 行 +即 缓 慢 加 载 +忽 略 所 有 质 量 的 惯 性 力 1 对 构 架 式 货 车转向架+需测取的动力 学 参 数 一 般 包 括 一 系 悬 挂 垂 向0横向及 纵 向 刚 度+抗 剪0抗 弯 刚 度+心 盘0旁 承 回 转
图 $ 抗菱刚度测试示意图
度 时 的 固 定 方 式 相 同 !因 此 !可
%&’对侧架加载( %)’通过平台对轮对加载"
以相继对这 2个动力学参数进
向架运行过程中两侧架的反向伸缩运动"在加载和卸 载 过 程中!通过传感器测 量 作 动 器 的 纵 向 力 大 小 及 两 侧 架 的相对纵向位移量!计 算 出 力 矩 及 两 侧 架 位 移 后 的 中 心连线与原侧架中心连 线 的 夹 角 %即 侧 架 的 菱 形
运 动 都使转向架产生菱 形 变 形!并 受 到 抗 菱 刚 度 的 约 束"根据抗菱刚度的定义及转向架菱形变形的产生机 理!对抗菱刚度的测试可以采用 #种不同的方法!下面 分别进行介绍"
一种方法 是 将 转 向 架 的 一 个 侧 架 固 定!对 另 一 侧 架 施 加 纵 向 载 荷 !如 图 $%&’所 示 "这 种 方 法 是 模 拟 转
货车转向架动力学参数测试方法研究 魏培虎!张济民!王开文
摩 擦 力 矩 !减 振 器 相 对 摩 擦 因 数 等 "对 三 大 件 式 货 车 转 向 架!除测取以上 参 数 外!还 需 测 取 二 系 悬 挂 垂 向#横 向刚度及抗菱刚度等参数$
尽管转向 架 悬 挂 元 件 是 由 螺 旋 圆 弹 簧#橡 胶 弹 簧 等 弹 性元件和液压减振 器#摩 擦 减 振 器 等 阻 尼 元 件 组 成!但 装 车 及 不 同 载 重 量 状 态 下 的 一 系#二 系 悬 挂 刚 度#阻尼等与自由状态下 悬 挂 元 件 的 参 数 并 不 完 全 一 致 !所 以 !转 向 架 的 动 力 学 参 数 的 测 试 应 在 装 车 状 态 或 模 拟 装 车 状 态 下 进 行 $在 试 验 时 !可 将 车 体 放 置 于 待 测 转 向 架上来实现空车和 各 种 载 重 工 况!也 可 在 转 向 架 心盘处施加一定大小的垂向载荷来模拟空车和各种载