構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)性能影響研究.pdf

1、轉(zhuǎn)向架是高速列車的核心部件，是運(yùn)營(yíng)安全及向更高速度邁進(jìn)的重要保障。而構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架的骨架，是列車中重要的力承載和傳遞部件，其結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)不僅影響自身的強(qiáng)度、剛度和模態(tài)等，進(jìn)而還將影響其瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)還通過一系和二系懸掛將這種影響向兩端傳遞和耦合，最終影響車輛的動(dòng)力學(xué)性能，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響高速列車的運(yùn)行品質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)高速列車都采用H型構(gòu)架，在新的運(yùn)行環(huán)境下，如何通過調(diào)整其結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其既能滿足強(qiáng)度要求，又能獲得更優(yōu)的

2、車線匹配動(dòng)力學(xué)性能，是一個(gè)值得研究的問題。
　　本文首先通過文獻(xiàn)調(diào)研和力學(xué)分析，確定影響構(gòu)架的強(qiáng)度及動(dòng)力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再沿著構(gòu)架力學(xué)影響傳遞的路線，依次研究構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、自振特性、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)性能及車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律，最終獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間的定性化和定量化影響規(guī)律，從而可為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供部分指導(dǎo)。
　　構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變首先會(huì)影響到結(jié)構(gòu)剛度的改變。H型構(gòu)架主要由側(cè)梁、橫梁等焊接而成，通過構(gòu)架的

3、受力分析，忽略其剪切變形，僅考慮其彎曲變形，將構(gòu)架簡(jiǎn)化抽象成為平面鋼架結(jié)構(gòu)。本文以構(gòu)架橫向彎曲剛度為例，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通過力法原理推導(dǎo)出了構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)（軸距、橫梁間距、側(cè)梁間距）與橫向彎曲剛度性能之間的定量關(guān)系模型，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，其計(jì)算誤差滿足要求，從而驗(yàn)證了該模型的正確性。同時(shí)利用該模型分析可知:軸距和橫梁間距是影響構(gòu)架橫向彎曲剛度的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，兩者均為三次非線性影響關(guān)系，調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)可有效改變構(gòu)架橫向剛度，而側(cè)梁間距幾乎對(duì)橫向

4、彎曲剛度沒有太大影響。
　　自振特性是結(jié)構(gòu)本身的固有屬性，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，結(jié)構(gòu)的改變勢(shì)必會(huì)影響結(jié)構(gòu)本身的自振特性。分析構(gòu)架不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的自振特性的變化是進(jìn)行構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。論文以軸距、橫梁間距和側(cè)梁間距三個(gè)參數(shù)為輸入，以構(gòu)架固有頻率和振型作為輸出，構(gòu)建待研究構(gòu)架的有限元模型，通過對(duì)輸入?yún)?shù)域進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)，獲得了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)在不同參數(shù)域下對(duì)固有頻率和振型的影響規(guī)律。通過分析發(fā)現(xiàn):構(gòu)架軸距等結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變對(duì)固有振

5、型基本沒有太大影響，而固有頻率與構(gòu)架軸距和側(cè)梁間距負(fù)相關(guān)，與橫梁間距正相關(guān)，即增大構(gòu)架軸距和側(cè)梁間距將引起構(gòu)架固有頻率降低，而增大構(gòu)架橫梁間距將使構(gòu)架固有頻率增大，反之亦然。
　　由于構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)變化所引起的其自身固有屬性的改變，將影響其瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)性能，并通過一系和二系懸掛將這種影響向兩端傳遞和耦合，最終影響車輛的動(dòng)力學(xué)性能變化。論文借助瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)和剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真分析的手段研究了構(gòu)架結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的影響規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)

6、:①較大的軸距對(duì)車輛運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性均有利，但是對(duì)構(gòu)架振動(dòng)特性來說軸距并不是設(shè)計(jì)的越大越好，由于較大的軸距會(huì)引起構(gòu)架30Hz左右的振動(dòng)能量增強(qiáng)，而一階自振頻率有向該頻率移動(dòng)的趨勢(shì)，故在構(gòu)架軸距選取的過程中，在能避開彈性振動(dòng)頻率時(shí)可以取較大值;②構(gòu)架橫梁間距和側(cè)梁間距對(duì)構(gòu)架振動(dòng)特性無明顯影響，故在設(shè)計(jì)過程中可不考慮其對(duì)彈性振動(dòng)的影響，雖然這兩個(gè)參數(shù)對(duì)安全性、穩(wěn)定性和平穩(wěn)性等動(dòng)力學(xué)性能有一定的負(fù)作用，但是其影響程度較小，故可更多地考慮安