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基于LMS Virtual.Lab的电机弹性吊挂参数对构架疲劳强度影响研究

2014/12/11    来源:LMS    作者:石怀龙  王建斌  邬平波  宋烨      
关键字:LMS Virtual.Lab  疲劳强度  弹性吊挂  柔性构架  
本文基于国内某高速动车组动力转向架电机弹性吊挂方案,利用Virtual.Lab/Durability研究电机吊挂点刚度、阻尼参数对柔性构架主体结构疲劳强度的影响。结果显示:电机吊挂点等效应力水平相对刚性吊挂可降低10%左右,而构架主体部分的等效应力水平升高不足5%,为高速动车组架悬电机悬挂方案提供指导。

1 前言

    驱动装置是动力转向架的关键技术之一,随着列车时速的不断提升,高速动车组需使用大功率牵引电机,更大质量牵引电机运用到动力转向架的设计中,使构架服役环境变得苛刻。构架作为高速动车组走行部的关键承载部件,其主体结构的疲劳寿命评估及振动评价是车辆安全运行的可靠性基础。常见驱动装置悬挂的结构形式有轴悬式、架悬式和体悬式,因体悬式吊挂需要复杂的万向轴传动系统而使高速动车组更青睐于架悬方式,使系统组成简化并易于维护。

    京津客运专线350km/h速度等级高速动车组的开通,拉开我国高速动车组正式运营的帷幕,相对以往动力集中式车辆而言,动力分散式车辆的电机吊挂方式影响着车辆动力学性能。

    以往相关研究文献大多是针对机车而言,分析驱动装置吊挂方式对车辆系统临界速度、平稳性、安全性及曲线通过性影响等等,部分学者对驱动装置本身如齿轮箱、吊杆等进行疲劳强度分析,但关于研究电机吊挂方式对构架主体疲劳强度的影响研究不多,且用基于刚性构架的动力学仿真获取的载荷来进行强度评估。LMS Virtual.Lab凭借其突出的动力学及运动学分析手段广泛应用于各工程领域,本文将用于评价动车组构架的疲劳寿命评估。

    本文为充分考虑构架弹性变形对动力学仿真输出载荷谱的影响而采用刚柔耦合车辆动力学仿真模型,这样既考虑构架柔性的因素,又可以通过精细网格的有限元模型准确计算动应力,利用LMS Virtual.Lab研究了某高速动车组动力转向架电机吊挂点弹性、阻尼参数对构架主体结构强度的影响。

2 系统建模及计算过程

2.1刚柔耦合车辆动力学仿真

    在动态服役载荷作用下构架产生疲劳损伤,为充分考虑构架弹性变形对动力学仿真输出载荷谱的影响,采用Craig-Bampton模态综合方法对转向架构架进行柔性化处理。与节点缩减法不同,该方法划分了接口自由度(各载荷输入点,如一系簧座、空簧座、各减振器座等)和内部自由度。车辆刚柔耦合系统模型的柔性构架自由度数为接口自由度加约束模态数,动力学方程总自由度数得到有效缩减。刚柔耦合车辆动力学模型中考虑的构架模态频率及振型如表1所示。

    在ADAMS/rail中建立包含电机弹性吊挂及柔性构架的车辆刚柔耦合系统动力学模型如图1所示,车辆主要自由度数见表2。计算工况选为380km/h速度等级直线运行工况,采用美国六级线路谱,吊挂参数及计算工况见表3。通过改变电机吊挂点参数研究构架关键点的疲劳强度与吊挂点参数的影响关系。

表1 构架模态频率及振型

 表1 构架模态频率及振型

 图1 车辆刚柔耦合动力学模型

图1 车辆刚柔耦合动力学模型

责任编辑:吴星星
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