抗蛇行油压减振器动力学性能参数的仿真分析

乔雪银

(呼和浩特铁路局包西车辆段，内蒙古 呼和浩特 010000)



抗蛇行油压减振器动力学性能参数的仿真分析

乔雪银

(呼和浩特铁路局包西车辆段，内蒙古 呼和浩特 010000)

抗蛇行油压减振器横向的安装位置对高速列车运行性能的影响；抗蛇行油压减振器不同的刚度、阻尼参数对高速列车运行性能的影响。铁路具有运量大、占地少、速度快、安全性好等优势,是我国经济运输的重要组成部分，近几年里已经历了多次提速，铁路的安全保障是最根本的关键。随着铁路车辆的不断发展，抗蛇行油压减振器被广泛的应用于现代化铁路列车中。油压减振器是一个内部结构复杂的液压系统，在保证列车运行稳定性、平稳性和通过曲线能力有着重要的影响。因此，对抗蛇行油压减振器动力学性能参数的研究分析非常有意义。

抗蛇行减振器；动力学；刚度；阻尼；安装距离

人类的交通史也是人类的发展史。展望新世纪，以轮轨系统为主体的我国高速及超告诉列车线路将形成纵横全国的网络。此外，在常速下常导型磁悬浮列车特别宁静，毫无污染，而且投资小于地铁，在未来城市交通中，将受到居民的热烈欢迎。过去，由于列车运行的速度比较低，减振器的作用不太明显，因此，人们对其没有给予足够的重视，所应用的减振器性能比较低。如今，“高速重载”是铁路营运的发展方向，随着列车提速进程的加快，机车、车辆运营中出现了很多前所未有的问题，有的在更换减振器后，问题得到了解决。鉴于液压减振器作为机车车辆走行机构的重要组成部件之一，其性能优劣直接影响到机车车辆运行的稳定性和安全性。因此，在机车车辆运行过程当中必须确保减振器能够保持其性能的可靠性和稳定性。

油压减振器是铁道机车车辆上的一个重要部件。由于机车车辆的车轮与钢轨面之间是钢对钢的接触，因此，车轮表面的不规则和轨道的不平顺都直接经车轮传到悬挂部件上去，使机车车辆各部分高频和低频振动。如果这种振动不经过减振器来衰减，就会降低机械部件的结构强度和使用寿命，恶化运行品质。油压减振器其性能优劣直接影响到行车的安全性和舒适性。尤其近年来我国铁路进入一个飞速发展时期，特别是在铁路跨越式发展政策的指引下，我国铁路将会进入一个全新的发展阶段。由于铁路的提速和城市轨道交通的迅速发展，凸显出对高性能液压减振器的需求，但国内生产的液压减振器还不能满足这种需求，这种状况是由于减振器试验设备落后造成的。因此，研制高速列车减振器试验台就具有十分重要的实际意义，因此，有必要使用性能良好的减振器。

列车的安全性是现代化高速列车首先要保障的重要问题，主要涉及列车是否会产生脱轨或者倾覆问题。列车剧烈的蛇行运动会导致列车轮轨之间横向力急剧增大，对线路和钢轨造成永久性的损伤和磨耗变形，恶性循环的加剧列车的蛇行运动和振动。一般把轮重减载率、倾覆系数和脱轨系数等作为指标来评定列车运行的稳定性。目前在我国的铁路系统中主要采用轮重的减载和脱轨系数这两项标准来评价列车运行的稳定。稳定性是高速列车首先要保证的关键，为了防止列车运行平稳性降低，甚至是严重的脱轨事故，现代化高速列车的蛇行临界速度必须要维持在较高的水平。

轮对踏面存在一定的锥度，轮对会以不同的滚动半径与钢轨接触，轮对在列车直线运行时具有自动对中性和曲线的自动导向性。在列车通过曲线线路时，车辆的内外两侧轮对与钢轨的接触直径不相同，外侧偏大使列车产生滑行。轮对踏面的锥度可以减少列车的滑行。但是，当列车直线行驶时，轮对踏面的锥度导致两轮对以不同的滚动半径运动，使两轮对的运动速度不相等，构架和车体开始产生相互不稳定的左右摇摆趋势，因此形成列车的蛇行运动。列车产生较大幅度的蛇行运动不但会导致乘坐的舒适程度下降，甚至导致侧翻、脱轨等严重的事故产生。

列车高速稳定的行驶于线路上是不能完全满足要求的，因为列车在线路上高速行驶的平稳性也很关键。列车行驶过程中所产生的振动影响乘客的乘坐和物品的运输，诱发列车产生振动的原因有许多，列如：钢轨接缝、道岔等轨面不连续部位等；曲线钢轨半径不规则等；列车内部的机械结构在工作时引起的激振。列车高速行驶时产生的振动，不但导致乘客产生不适感，而且还可能使人体内部发生共振。为了保证高速列车具有良好的运行平稳性，现代高速列车广泛采用一、二系弹性悬挂装置同时配合许多油压减振器来降低列车高速运行于不平顺钢轨时产生的振动。列车轴箱的连接装置主要有轴箱弹簧和垂直方向的减振器等，车体通过转向架中央的弹簧、两侧横向的油压减振器以及水平的抗蛇行油压减振器等连接装置坐落于构架之上。现代化高速列车的二系垂向悬挂系统广泛采用高圆弹簧和垂向减振器同时作用，使得列车具有良好的垂向平稳性。列车轴箱的连接装置参数与列车高速行驶的横向平稳程度之间的关联较小，主要与二系摇头阻尼、二系横向阻尼等参数相关。列车的行驶不仅需要稳定和平顺还要有高速通过小半径曲线的能力。车辆行驶在曲线线路上时，车辆的行驶速度无法刚好适合轨道的超高，迫使乘坐在车内的乘客受到离心作用力，同时车轮与轨道相互产生的力变得更加剧烈，加大了对线路轨道的磨耗。

列车高速行驶于曲线线路上时脱轨等事故发生的概率较大，七成以上的脱轨事故都发生于曲线线路上。不仅列车的稳定性在曲线上较为重要，同时列车运行与圆曲线线路上时，乘客受到恒定的离心加速度，而在缓和的曲线线路时受到变化的离心加速度作用，使乘客感到不适感。由于列车轮对的运动特性，列车曲线通过的能力与列车运行稳定性二者是相对的。如果使列车行驶的更加稳定，则列车在通过曲线时的各项性能就会降低；反之，如果列车具有良好的曲线通过能力，则列车高速运行时的稳定性变差。因此，只有综合考虑这两者的关系，合理恰当的选择抗蛇行油压减振器参数才能进行合理的设计与制造。

抗蛇行油压减振器主要被用来降低车辆在高速行驶的过程产生的蛇行运动，又称作二系纵向减振器。当列车的运行速度较高时，列车横向可能产生较大幅度的摇头运动，即蛇行运动。轮对的蛇行运动会导致轮对与钢轨发生碰撞，加快轮对与钢轨的磨损，并且导致高速列车的运行稳定性大大的降低。其水平地安装于构架与车体之间，能够很好的降低列车在线路上高速行驶时产生的左右摇摆，并且使列车的行驶速度得到提升。由于抗蛇行油压减振器被用来要阻止的移动行程较小，因此选择两端轴箱刚度大数值的减振器内部构造就十分重要。若减振器两端的刚度较小，减振器的弹性层结构会消耗车辆行驶时产生的振动，因此使活塞的运动距离减小，车辆抵抗蛇行运动的能力降低。

若高速列车在线路运行时发生较大的蛇行运动，轮对与钢轨发生严重的冲击作用，此时，抗蛇行油压减振器受到较大冲击力，产生巨大的阻尼力，若阻尼力高于卸荷阀设定的卸荷力时，卸荷阀就会作用，使油路的压力降低。抗蛇行油压减振器在结构上基本上可以实现阻力和速度成一次方关系，这种结构不仅能够很好的抑制高速列车运行过程中产生的蛇行失稳，而且在列车通过曲线运行时同样可以有良好的性能。抗蛇行油压减振器位于构架的两侧连接车体与构架，为列车高速运行于各种线路上时提供足够的力来抑制产生的回转而且抑制列车行驶产生的振动并使列车更加稳定的运行。理想的抗蛇行油压减振器的特性曲线特点：减振器在较低的活塞移动速度时速度与阻尼力之间成线性关系，而当移动速度过大时阻尼力的增长变的缓慢。这样的阻尼特性是以车辆的实际行驶条件为基础设计的。当列车运行在直线线路上运行时，产生较大的蛇行运动，此时，抗蛇行减振器为了抑制蛇行运动产生与速度成正比的阻尼力。但是，当遇到某些特殊情况(列如钢轨的不平顺)导致短时间内产生很大的相对速度，这时为了防止抗蛇行油压减振器的部件受到损坏，阻尼力不再增大或者增大的极为缓慢。

车辆高速的行驶在实际现有的线路上时，线路上多种多样的不平顺因素，均会导致车轮和钢轨之间的作用力，影响车辆高速运行时的安全。因此，用来评定车辆运行性能的各参数标准尤为关键。抗蛇行油压减振器安装于构架的两侧，在车辆高速运行的同时能够很好的抑制车辆的蛇行运动，同时能够保障车辆高速运行时的安全性、平稳性，并且在车辆通过曲线时有着重要的作用。本章主要分析抗蛇行油压减振器横向安装距离2L的变化对车辆高速行驶在铁路线路上的各项性能指标的影响。

抗蛇行油压减振器的横向安装距离的增大，能够提高车辆抑制蛇行运动的能力，显著的提高车辆的非线性临界速度以及车辆运行的垂向平稳性指标，但会使横向平稳性指标有略微的增大。同时增大抗蛇行油压减振器横向安装距离对车辆通过曲线时的轮轴横向力、轮重减载率以及脱轨系数有显著的优化效果，可以优化车辆的动力学性能，并且车辆在线路上行驶的速度越高优化的效果越明显。但是，在设计制造车辆时，要恰当合理的选用抗蛇行油压减振器横向安装距离，不仅要考虑对车辆高速行驶于线路上各项性能的影响程度，还要考虑车辆的限界、车体的结构特点等方面。

通过对抗蛇行油压减振器刚度变化的仿真分析发现，增大抗蛇行油压减振器的刚度可以在一定程度上提高非线性临界速度、平稳性，但当刚度增大到一定量值时，临界速度基本不会继续增大，而且刚度过大时平稳性指标呈现增长趋势。对于车辆的曲线通过性能，刚度的增大也会优化车辆各项运行性能指标，但刚度取值不可过小否则会导致行驶的性能降低。此外，研究分析抗蛇行油压减振器的卸荷力的增大会导致车辆的非线性临界速度和车辆垂直方向平稳性能的显著提高，但致使车辆横向平稳性参数数值的略微增大。卸荷力的增大在一定程度上可以优化车辆通过曲向时各项参数指标，但过大的卸荷力会使各项指标呈现增大趋势。

综上，抗蛇行油压减振器对车辆的运行性能有着重要的影响。合理的选择制造十分关键。

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乔雪银(1986.12-)，汉族，乌兰察布人，本科。

U264

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1671-1602(2016)20-0011-02