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关于货车论文范文资料 与基于多体动力学仿真的货车连接运行稳定性分析有关论文参考文献

版权:原创标记原创 主题:货车范文 科目:论文格式 2024-01-19

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摘 要:货车技术飞速发展的同时也对貨车连接运行稳定性提出了更高的要求.货车连接运行不稳定的主要表现为货车分离,此现象产生原因较为复杂,主要涉及车钩制造和组装及车钩连接状态等问题.本文以探究车钩连接状态的运行稳定性为目的,基于多体动力学软件RecurDyn创建模型并仿真分析.模型模拟了相互连挂货车在通过不同曲率半径弯道过程中实时、复杂的运行状态.并结合理论分析确定使货车稳定运行的钩舌S面夹角范围.研究表明,车钩连接稳定性与弯道曲率半径、运行速度、钩舌S面夹角等参数有关,当弯道半径与运行速度的匹配符合经验值、钩舌S面夹角在25°至35°之间时,车钩连接稳定性提高.

关键词:车钩轮廓;S面夹角;AAR标准;多体动力学仿真

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.267

0 引言

铁路货车重载提速以来,运行中的货车车钩自动开钩、钩舌折断等故障时常发生,严重影响了车钩运行性能[1].而作为车钩设计重要依据的车钩连接轮廓,由于工程制造困难的局限性,一直没有被研究.车钩连接轮廓决定了车钩的工作性能,即挂钩范围,纵向间隙,水平及垂直最大转动角度,车钩接触线长度等[2].当前,我国和美国等多数国家的车钩轮廓采用符合北美铁道协会(AAR)标准体系[3].AAR中对车钩连接轮廓处钩舌S面切线与起始方位线夹角(简称S面夹角)有明确的规定,大小为30°[4].但该角度对实际运用性能的影响尚不明确.为此,通过理论分析和仿真实验的方法探讨车钩连接轮廓中不同钩舌S面夹角对车钩运用性能的影响,这能为改进车钩的可制造性提供理论依据.

1 理论分析S面夹角与钩舌水平转角的关系

两车钩连挂前处于不同的两种状态,分别是开锁位和闭锁位.将闭锁位的车钩以一定的速度撞击开锁位的车钩就会使两车钩相互连挂.车钩连挂后,在牵引过程中两钩舌之间在水平面内有所允许的转动角度,如图1所示.设A、B两钩相互连挂,A钩不动,B钩相对于甲钩水平转动.在转动过程中,由于车钩零部件之间存在缝隙,因此不同型号的车钩都会存在大小不同的水平转动角度.车辆通过弯道的能力与车钩允许的水平转角有关[2].在校核中,要求过弯道时,相互连挂的车钩间最大转角小于车钩轮廓所允许的转角.

本文以此为依据,首先建立S面夹角α(α>0°)与水平转角β之间的关系表达式,再通过限制水平转角的范围来找到S面夹角的合适范围.通过简化图1所示模型,利用相切原理、圆的判定方程等*钩舌面夹角及水平转角之间的方程关系式,进而绘制图形进行直观分析.图1中的模型可以简化成距离O1为P的线段转动β角度与另一固定的圆弧相切,如图2所示.

参阅文献[2],对钩舌S面夹角α和水平转角γ(γ等于90°-β)之间的关系进行理论推导,分别得出两种典型钩舌的两个关键角度之间的方程,进而运用matlab软件进行运算,输出关系曲线,如图3所示.

由图3可以看出,对于一般型号的车钩来说,当钩舌S面夹角α在0°—40°时,车钩水平转角γ(相当于β)可以在水平面内保证相对稳定的转动角度;一旦超过这个范围,会出现水平转角在运行过程中逐渐增大或陡增的现象,不利于货车的稳定运行.

2 连挂牵引过程仿真分析

上述理论推导从保证车钩较稳定水平转角方面求解了钩舌S面夹角的取值范围,而保证车钩运行性能还包括连挂、牵引等过程.为此,通过动力学仿真实验分析方法,进一步讨论影响货车运行稳定性的因素.

(1)连挂仿真分析.以10A型号钩舌为例,创建S面角度为15°、25°、30°、35°、40°的钩舌模型,先分别将这些钩舌做闭锁连挂仿真实验分析,发现钩舌夹角过大时,连挂过程不顺利,易发生卡顿现象.连挂后,分别将这些钩舌做直线牵引仿真实验分析,牵引过程中,两钩舌位置如图4所示.首先从运动学角度分析,当钩舌S面角度为35°—40°时,车钩牵引过程中,钩舌S面未产生面接触.

再通过多体动力学软件RecurDyn分析力学性能.S面夹角为40°的钩舌受力明显大于S面角度为35°的钩舌,且闭锁过程中两钩舌刚撞击接触时,顶部外圆圆弧接触时间较长,这会增大钩舌的磨损,这不利于钩舌的使用.因此钩舌S面夹角在35°到40°的范围是不可取的.

(2) 弯道牵引仿真分析.1)创建弯道模型.查阅相关铁道铁轨资料可知,铁路货车弯道是由若干12.5m或25m的直线工字钢轨道拼接而成,弯道总长度在100m-150m之间,超高10cm.因此本文采用5段长度为25m直线工字钢轨道依次旋转计算所得角度拼接而成.从几何关系可知,β等于1/2α.因此计算得,相互拼接内侧钢轨之间需旋转角度β≈3°.同理外侧钢轨之间所需旋转角度β≈3°.各个拼接钢轨之间旋转角度计算示意图,如图5所示.同时内外轨道还要有10cm的超高,是为了在转弯过程中还伴随着较大离心力的作用.因此将外轨道提高10cm,其尺寸及所建模型主视图如图6所示.

2)仿真分析.首先,将上述连挂过程取较小角度S面夹角的钩舌(15°,25°,30°)进行弯道牵引仿真实验分析,车厢模型如图7和图8所示,其模型所采用的转弯半径为400m,货车转弯速度为15m/s,轮对简化依据转K6转向架所使用的轮对,货车车厢依据C70货车参数.再固定钩舌夹角不变,改变弯道半径及运行速度,分析钩舌受力.

通过动态分析牵引实验得知:弯道半径越小,钩舌受力越大;通过弯道的速度越大,钩舌受力越大.并且在钩舌弯道牵引过程中,以上3种S面角度的钩舌都可以通过钩舌和钩舌、钩舌和钩体之间相互作用来保证连挂的可靠性.但通过多体动力学软件对比摩擦力随时间变化情况可知,当钩舌S面角度较小(15°)时转弯时所受摩擦力比S面角度较大(30°)时大.这是因为,转弯时钩舌S面处伴随着较大的摩擦力和接触力,而过大的摩擦力是运行中的不利因素.由于随着铁路牵引吨位的不断增大和运行速度的不断提高,货车车钩逐渐出现了钩舌牵引S面裂纹故障,并呈逐渐增多趋势[5].原因之一就是生产制造工艺不能完全保证设计几何的正确性能,使钩舌受到较大的载荷作用.因此,要尽量降低S面处的载荷及磨损,S面角度取25°-35°这个范围比15°-25°更利于钩舌的长期使用,且如果角度过小时,两钩舌有可能发生分离,严重影响货车运行的安全性.

3 结论

通过理论计算和仿真分析表明:车钩连接稳定性与弯道曲率半径、运行速度、钩舌S面夹角等参数有关.弯道半径越大、运行速度越慢,钩舌连接越稳定.钩舌S面角度范围在25°-35°之间时,既可以在牵引运行过程中保证稳定的水平转动角度,又能保证较好的钩舌使用性能,还可以保证较高的弯道牵引可靠性.由于货车车钩零件是铸造件,铸造精度不容易保证,因此在规定S面角度时选择居于中间的30°作为标准.这与北美铁道协会(AAR)标准体系中S面夹角规定相吻合.

参考文献:

[1]周卫冰,刘义扬.运行中货车车钩分离的原因分析及防范措施[J].铁道车辆,2006(44):42-43.

[2]戴家骥.车钩连接轮廓及其工作性能[J].铁道学报,1981(03):26-51.

[3]雷青平,刘吉远,郭爱英.货车车钩技术及设计制造标准分析[J].铁道技术监督,2013(06):2-9.

[4]中国北车集团四方车辆研究所[S].北美铁道协会(AAR)标准汇编(BⅡ),2003(12):255-265.

[5]孟庆民,卢碧红,姜岩.铁路重载货车裂纹故障探讨[J].铁道车辆,2008(46):36-39.

货车论文参考资料:

结论:基于多体动力学仿真的货车连接运行稳定性分析为关于本文可作为货车方面的大学硕士与本科毕业论文货车论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。

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