基于振型耦合理论的机车制动颤振建模与仿真

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列车无论高速还是重载运行过程中,制动都是一个非常关键的问题,制动问题如果没有解决,即使有高质量的线路,大功率的牵引,安全性也不能保证,高速或重载还是不能实现。目前我国客运列车的基础制动方式主要是盘式制动及踏面制动。随着机车运行速度不断提高,机车车辆制动问题也日益突出。机车车辆制动时的颤振是一种非常有害的高频振动,属低声强级摩擦噪声,该振动对车辆内部设备,转向架零部件,制动系统会产生较大的破坏作用,恶化了车辆运行的平稳性,甚至危害旅客的身心健康,伴随颤振产生的尖叫声使铁路沿线的噪声污染加重。不同系统的颤振,按照其机理和振动强度的不同,可分为再生颤振、摩擦颤振和振型耦合等颤振。后两种颤振类型比较适合于研究机车车辆的制动颤振。实验研究表明:摩擦系数—速度负斜率关系对摩擦颤振影响较小,并不是摩擦颤振产生的主要原因。机车车辆制动颤振的发生与制动过程的非线性制动力和车辆的动态结构特性及其相互作用都有关系。现有的颤振模型不能满足现代工业设计的需求,迫切需要建立完整的、系统的摩擦颤振的动力学理论,揭示系统中存在的非线性因素,这对提高机械系统运动的稳定性、安全性、可靠性具有实际意义。本文基于振型耦合理论进行研究、建立颤振模型并应用软件进行数值仿真。首先基于振型耦合理论对机车车辆颤振建立理论模型,进行机理性分析。其次,应用现有仿真软件MATLAB/SIMULINK,对车辆颤振理论模型进行仿真分析,得出影响颤振的重要因素。以下为本文开展的工作:1对国内外颤振机理研究进行总结,综述机车车辆制动颤振的研究现状。2阐述了产生摩擦颤振的机理和引发因素,验证了摩擦系数—速度负斜率关系对摩擦颤振影响较小,并不是摩擦颤振产生的主要原因。3基于振型耦合理论建立机车车辆踏面制动系统,盘式制动系统颤振摩擦耦合模型,给予理论分析。4对制动系统颤振摩擦耦合模型进行数值仿真,得出影响颤振的相关因素。5理论解、仿真解数据进行比较,给出防止发生颤振的具体措施。
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