400t混铁车动态仿真分析

支国云

摘要：目前我国最大混铁车的载重是360t，已不能满足运输高炉铁水的需要，开发400t混铁车有较大的市场需求。使用ADAMS软件建立了混铁车转向架及车体模型，设定了转向架与车架的约束关系。对车辆模型进行了动力学分析。

关键词：混铁车、动力学分析、多体动力学

引言

混铁车是钢铁企业用来运输高炉铁水的专用运输车辆。它可以短时间贮存过量的铁水，必要时还可在混铁车内进行脱硫、脱磷、脱硅等“三脱”作业，以缩短钢水在转炉内的冶炼时间[1]。

混铁车具有装载铁水容量大；热量损失少、保温性能好；罐体内衬寿命长、内衬使用量少，节约耐材、降低能耗；自带倾翻机构，倾翻作业方便，具有良好的机动性；辅助倾翻设备少，工艺流程简化等特点。

目前国内最大的混铁车为360t，根据需要开发了400t混铁车。因为钢铁企业由于受厂房占地面积的限制，从高炉出铁厂到转炉炼钢车间的线路主要以小半径曲线（最小为80m）为主。如果混铁车的运行平稳性和曲线通过性能不好，有可能导致混铁车脱轨的恶性事故，影响钢铁企业整个的生产运营，后果将不堪设想。因此需要对其动力学性能进行严格的计算才能使用。

2.动力学建模

混铁车各部件之间有相互作用力和相互运动，还有轮轨间的相互关系。建模时依据研究的主要目的，突出主要因素，对次要因素进行相应简化[2]。建立动力学模型时做以下假定。

2.1.忽略各个部件的弹性变形，把所有零部件都视作刚体，即在模型的分析过程中不考虑其本身的变化。这假设对平顺性分析所带来的误差是可以接受的。

2.2.假设实际的混铁车存在二系弹簧，且其刚度非常的大可以视为刚性连接。实际的混铁车并不存在二系弹簧，而在ADAMS/Rail建模的过程中必须建立二系的弹簧，因为二系弹簧是用来连接车体和转向架的。

2.3.把单独匀速运动的一辆混铁车作为研究对象，不包括相邻车辆之间的影响。

2.4.不考虑轨道的弹性变形对计算的影响。

2.5.车体、转向架各部件及悬挂均对称布置[3]。

基于以上假设，可利用ADAMS/rail软件建立混铁车的动力学模型。为了使仿真结果更接近实际；这就要求我们在建模时要尽可能的保证参数的一致性[4]。

3.混铁车动力学仿真分析

混铁车动力学主要研究在各种运行条件下，运行时产生的位移，速度，加速度和动作用力。其目的主要用于解决下列问题：

3.1.确定混铁车在线路上安全运行的条件，如脱轨系数。

3.2.研究混铁车用悬架装置的振动和动力荷载传递效果的参数和性能，并为这些设备提供设计基准，以确保混铁车的安全和平稳的运行。

3.3.确定动载荷的特征，为计算混铁车动作用力提供依据。

利用ADAMS软件后处理系统，在此系统中可以绘制分析结果的曲线，可以更直观的对其各种特性进行分析。模型在指定的轨道上运行时的速度变化曲线，模型以4m/s的速度进入轨道的直线部分，运行一段时间后到过渡曲线段，速度达3.6m/s左右，此时脱轨系数达到最高值。

图2为模型的脱轨系数曲线，可以清晰地看出曲线大致可以分为三个部分：①直线部分：为模型在轨道的直线部分运行时的脱轨系数，在直线行驶时脱轨系数不会发生变化。②过渡阶段：在此段内模型的脱轨系数达到最高值，因为模型以高速进入轨道的过渡曲线段。③稳定阶段：在此段脱轨系数趋于稳定，因为模型进入圆形轨道，而且速度变化也很小，所以脱轨系数开始趋于稳定。

4.结论

通过建立混铁车动力学模型，对车辆模型进行了系统分析，包括预载荷分析、线性分析、动力学分析。在动力学分析中得到车辆在特定线路上运行的位移、速度，濡滑力，脱轨系数曲线等。计算表明结构设计合理，能够满足使用要求。

参考文献：

[1]刘道忠.国产混铁车系列产品介绍[J].铁道车辆，1998，36（2）：29.

[2]沈志云.铁道机车车辆非线性稳态曲线通过的简化计算[J].西南交通大学学报，1982（3） ：45-46.

[3]邵文东.35.7t轴重货车转向架的研制[D] .大连：大连交通大学，2008.

[4] XIE SUMING， YUE LINGHAN， GAO YANG， et al. Based on firm-soft mixture model 300T hot-metal car dynamics simulation[J]. computer simulation，2007，24（1） ：270-273.