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轨道车辆抗蛇形振动磁流变减振器研究

李兴  
【摘要】: 当轨道车辆以较高速度运行时,转向架在横向可能产生一种周期性大振幅的摇摆运动,即蛇形振动。剧烈的蛇形振动会增大车轮脱轨的危险性,从而威胁到车辆运行的安全性。抗蛇形减振器能有效地抑制转向架的蛇形振动,从而保证轨道车辆在低于蛇形临界速度下安全地运行。目前轨道车辆抗蛇形减振器大部分都是筒式油压减振器。油压减振器属于不可变参数减振器,只能在特定的工况下才能达到最优,因此油压抗蛇形减振器缺少对变载荷、变车速以及不可预测路况的适应性。由于轨道车辆在不同的行驶工况下对减振器的特性有不同的要求,可调阻尼减振器是筒式减振器技术发展的目标,磁流变减振器是一种新型的高性能智能化可调阻尼减振装置。 本文旨在针对传统磁流变减振器磁场利用率不高、能耗较大的缺点,结合轨道车辆抗蛇形振动减振器的技术要求,提出了一种基于多级径向流动模式的磁流变减振器,具体研究内容如下: (1)介绍了抗蛇形减振器及磁流变减振器技术,阐述了开展抗蛇形振动磁流变减振器研究的重要意义,通过回顾磁流变减振器相关研究现状,指出传统的磁流变减振器应用于抗蛇形减振所面临的问题,并提出了一种基于多级径向流动模式的新型磁流变减振器,提出本文的研究目的和研究内容。 (2)针对现有磁流变液流变学特性测试装置剪切率低且难以使磁流变液达到磁饱和的问题,提出了一种基于同心圆筒双边剪切模式的磁流变液流变学特性检测方法,对磁流变液的流变学特性进行测试研究,为磁流变减振器的设计提供材料参数。 (3)介绍了抗蛇形减振器具有端部连接结构轴向刚度大;阻尼系数大;卸荷速度低的特点,提出了轨道车辆抗蛇形减振器技术要求,在此基础上提出了一种基于多级径向流动模式的抗蛇形磁流变减振器,阐述其工作原理,完成磁流变减振器的工作油缸设计,阻尼控制阀设计,磁路设计,确定磁流变减振器的各种结构参数。 (4)阐述径向流动工作模式,根据流体力学Navier-Stokes方程,分别利用Newton流体特性和广义Bingham流体特性,推导基于径向流动模式的流变学方程,得出减振器阻尼力的计算方法,分析阻尼控制阀的磁场分布,得出磁流变液的剪切屈服应力τ1与激励电流I之间的关系,计算出阻尼力,分析了径向通道内的磁流变液流动状态,给出了不同位置的径向速度分布和同一位置不同激励电流下的径向速度分布。 (5)为了评价所研制的磁流变减振器的可控特性,在J95-I型油压减振器试验台对本文设计的磁流变减振器的示功特性、速度特性和耐久性进行了测试;验证减振器阻尼力输出值是否符合轨道车辆抗蛇形减振器主要技术指标,比较理论阻尼力与试验测试所得阻尼力的变化规律,分析了产生误差的主要原因。 最后,总结了本文的研究工作,介绍了论文的特色之处,指出抗蛇形振动磁流变减振器应用于轨道车辆中需要进一步研究的问题。


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