机道车辆杭侧滚扭杆的设计及动办学性能.docxVIP

摘 要:根据杭侧滚扭杆装置扭转原理，对地铁车辆抗侧滚扭杆进行了 结构设计和计算，并建立了抗侧滚扭杆动力学模型。当车辆以 80km/h运行吋，分析了杭侧滚扭杆装置对横向平稳性、垂向平稳性、 脱杭系数、倾覆系数、柔性系数、浮心高度的影响 关键词:轨道车辆;抗侧滚扭杆;设计;动力学性能 1抗侧滚扭杆装置结构设计和计算 抗侧滚扭杆装置主要由扭杆、扭臂、可调节连杆和橡胶金属球 较关节等零部件组成可调节扭杆通过橡胶轴承连于车体上，而 扭杆和扭臂为过盈配合连接，扭臂与可调节连杆通过橡胶球关节连 接，可调节连杆和转向架构架通过橡胶球关节较接。如图1所示。 1.1工作原理 当转向架左右弹簧发生相反方向的垂直位移时，即当车体侧滚 时，水平放置的2个扭杆臂相对扭杆分别有I个相反的力和力矩作用, 使弹性扭杆承受扭矩而产生扭转变形，起扭杆弹簧作用。扭杆弹簧的 反扭矩，总是与车体产生侧滚角位移的方向相反，以约束车体的侧滚 运动。当左右2个弹簧为同方向垂直位移时（即车体垂向平动时），因 扭杆两端为转轴同轴承支承，两扭臂只使扭杆产生同向转动，而不发 纶扭杆弹簧作用，不影响车体的浮动、横摆等振动，即不影响中央悬 挂装置的中央弹簧的柔软弹J胜，如图2所示。 乍体A/1与A/2方向相反, 相互抵消体位移乍 i -1转向架侧梁 乍体 A/1与A/2方向相反, 相互抵消 体位移乍 i -1 转向架侧梁 A/2 图2抗侧滾扭针装置作用原理 在车辆转向架抗侧滚扭杆装置屮，主要有2个受力部件，即扭 杆和扭臂二扭杆主要产生抗扭杆力矩来抑制车辆的侧滚运动，减小车 体侧滚角，从而提高车辆的抗侧滚性能;扭臂主要传递扭杆力矩在球 关节轴向上满足一定旋转角度的要求下，当车体相对转向架产生横 向、纵向和垂向上的运动时，可通过调节可调节连杆两端的橡胶金属 球关节的各向运动来满足其运动。在可调节扭杆的两端设置了橡胶轴 承，主要用来支承扭杆装置，由于口身的弹性变形可起隔振、缓冲并 可满足扭杆一定量的位移要求。 1.2结构设计 根据车辆通过曲线和道岔的计算，抗侧滚扭杆的刚度由扭杆的 刚度和安装侧滚扭杆后车体增加的狈幼滚刚度。由于抗侧滚扭杆受力 沿截面径向递减，设计成空心虽能减少重量，但会使扭力矩增大_因 此，在设计屮尽量将扭杆设计成等截面实心圆杆，扭杆的计算刚度可 由以下公式得出： K = b^Kt/l\ Kf =7rd4G/(32 xb) 式屮:b「为扭杆的名义长度;为扭杆的扭转刚度;I为扭臂的有 效长度;b为扭杆有效长度;G为材料剪切弹性模量;d为等截面实心圆 杆直径。 由上式公式可知，扭杆的刚度与扭杆名义长度成正比，与扭杆 有效长度成反比。因此扭杆长度越长，扭杆的侧滚刚度越大。抗侧滚 扭杆最佳刚度如何选取，应根据不辆结构及车体重心高低、运行速度、 转向架结构及悬挂参数、线路条件以及通过道岔型号等诸多因素来选 取。抗侧滚扭杆的扭杆刚度一般为1?5— 2MNm/rado 1?3扭杆 作为一个主要受力杆件，扭杆利用扭杆的扭转弹性变形起到弹 簧作用，以增加车辆的侧滚刚度。扭杆一般采用优质合金钢或者热轧 弹簧钢，如42CrMo38CrMnALA, 40CrNiMoA, 45CrNI MoVA, 5OCrVA 等。如何选取扭杆材质，则根据转向架结构及悬挂参数、运行速度、 线路条件等因素综合考虑。 1.4扭杆和扭臂的连接方式 扭杆和扭臂的连接方式主耍有2种,即圆柱而过盈连接配合和 圆锥面过盈连接配合。前者结构简单，加工方便，不宜多次拆装。后 者是利用包容件和被包容件相对轴向位移压紧获得过盈配合，利用液 压装人和拆下，压合距离短，装拆方便，装拆时结合面不易擦伤，但 结合面加工不便。 2抗侧滚扭杆对车辆动力学性能的影响 2.1建立抗侧滚动力学模型 本文屮的地铁车辆动力学模型为丨个车体C、2个转向架B、4 个轮对W组成。构架和轮对之间通过一系悬挂连接，由叠层橡胶弹 簧定位，构架和转向架通过二系悬挂连接。二系悬挂由2个横向布置 的空气弹簧、丨个抗侧滚扭杆、1个横向减震器、丨个横向止档组成。 模型中轮轨蠕滑率用kalker简化理论进行计算，其中轨距为 1435mm,轮对采用LM磨耗型踏面。建立车辆系统的动力学模型时, 充分考虑了轮轨非线性蠕滑、轮轨踏面和轨面间非线性轮轨接触几何 关系以及二系横向止档的非线性。 如图3为为抗侧滚扭杆动力学模型。整个车体的侧滚刚度由一 系悬挂刚度KI和二系悬挂刚度K2,串联而成，K29由二系空气弹簧K2 和抗侧滚扭杆Kt并联而成，则此车体的侧滚刚度可由H K=kl + (k2-1 + kt-1)得出。 K2 K2 gKi Mb 盏后转向架書K1 奎Ki卞 耐转向架 孰 图3城轨车辆的杭侧滚模型 2.2平稳性指标 平稳性指标作为国际上广泛来评价车辆运行性能的重要方法， 不仅受车辆本