机车车辆减振器阻尼系统及关键部件失效研究

发布时间：2018-03-28 11:18

本文选题：阻尼阀　切入点：流量系数　出处：《西南交通大学》2014年博士论文

【摘要】：从1997年4月1日我国铁路第一次提速到2007年4月18日第六次提速,我国铁路技术有了长足的进步,尤其是从2004年开始引进国外先进铁路运输装备(机车和高速动车组等)技术以来,我国铁路运输装备技术快速地提升到了世界先进水平,但仍有部分关键零部件的技术仍掌握在国外公司手中。从1998年以来,我国新造铁路机车车辆用油压减振器几乎都是国外品牌产品,究其原因是国产铁路油压减振器在工作过程中过早地出现功能性失效(阻尼性能指标不合格)和结构失效(焊缝裂纹、螺纹联接松脱、橡胶关节松动或橡胶与金属剥离),严重地影响了列车运行的安全性、平稳性和乘坐舒适性。近几年来,国外品牌的油压减振器在使用过程中也开始出现上述失效现象。快速研制出能满足现代铁路高端运输装备需要的油压减振器,不仅可以解决产品依赖进口的局面、缩短生产周期、降低制造成本,而且填补我国铁路高端运输装备用油压减振器自主知识产权的空白,对我国拥有铁路重大装备关键部件核心制造技术具有深远的社会意义。本文以铁路机车车辆油压减振器在使用过程中出现功能失效和结构失效为研究对象,在跟踪减振器国际前沿研究的基础上,通过进行大量实验、理论研究和仿真计算等手段,深入地探讨了减振器产生功能失效和结构失效的机理,并提出了解决措施。通过本课题的研究,以期使油压减振器从理论设计到制造过程控制达到国际先进水平,缩短产品的研发周期,增强企业的市场竞争能力。本课题研究的主要内容如下：(1)在分析和谐机车一系垂向油压减振器结构原理的基础上,通过大量实验获取了经验数据,建立了减振器阻尼调节系统的动态数学模型,提出了各阻尼调节阀开启条件、顺序准则和各阻尼阀主要参数求解方法。通过多个阻尼阀按规定条件顺序开启产生的多条变曲线来拟合成减振器所需要的在较大振动速度区间的两种近似线性的阻尼特性曲线。运用MATLAB/Simuli nk系统仿真软件,仿真得到减振器的动态参数、示功图和阻尼特性曲线；通过调整减振器中影响阻尼特性的零部件主要结构参数,使其更合理地满足产品技术规范中的阻尼特性指标需求。(2)运用Solidworks软件建立减振器的三维几何模型,利用ANSYS ICEM CFD平台和STAR-CD软件对其进行动网格划分,得到产品在拉伸或压缩过程中的整体网格模型,再将该网格模型导入CFX中,施加边界条件,对产品在不同运动速度下的流场进行数值模拟和可视化仿真,得到减振器内部流场分布情况(压力云图和速度矢量图)及阀芯压力分布；通过改变单一参数仿真,评价各个参数对产品结构强度的影响。通过减振器内部流场分析,得出了减振器产生功能失效的机理：随着减振器振动速度增加,阻尼力随之增大,阻尼阀内液压能量损失加大引起油温上升、阀内油液涡流加剧、气穴加剧等现象。强涡流对阻尼调节螺盖产生旋转力矩,引起调节螺盖松动,导致减振器阻尼力下降或失效；从阻尼阀流出的高温油和涡流使储油缸内油液混入大量气泡,如果气泡不能迅速从油液中分离出来而通过底座单向阀进入油缸,则会导致减振器示功图出现畸形,使产品的阻尼特性不合格。通过改进产品结构,解决了阻尼调节螺盖松动引起的阻尼力下降和在高速振动时出现示功图畸形等问题。在CFX后处理中,提取了产品在各个工况下的阻尼力,绘制出了示功图,为减振器阻尼特性仿真提供了新的方法。(3)运用经典力学理论校核了油缸强度和调压弹簧的疲劳寿命指标；运用有限元法对影响减振器结构强度的关键零部件进行了强度分析,揭示了产品结构失效的机理,提出了关键零部件结构参数的优选值,大大降低了减振器结构失效的几率。(4)通过减振器在线检测实验研究,检测出减振器在实际工作中的动态参数在设计输入参数范围之内,实验数据为悬挂系统参数的改进和减振器持续技术升级(研究半主动控制或全主动控制减振器)奠定基础；通过台架实验、耐久实验和通过装车运行考核,证明本文研究成果较好地解决了实际工程中出现的功能失效和结构失效问题。
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【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U270.33

【参考文献】