第24卷　第6期2004年11月

摩擦学学报

TRIBOLOGY

Vol24,　No6

Nov,2004

伴随变阻尼作用的干摩擦下的车辆系统

非线性动力学分析

方海容,丁旺才,孙启国

(兰州交通大学系统分析与集成研究所,甘肃兰州　730070)

摘要:对分段线性阻尼和干摩擦共同作用下的车辆悬挂系统进行了非线性动力学分析研究,阐述了判定系统周期运动稳定性的理论方法;利用数值模拟方法分析了具有不同阻尼参数组合的系统对简谐激励的振动响应,并分析了由干摩擦引起的粘-滑振动行为.结果表明:提高摩擦力对抑制响应有利,但车辆系统在低速下运行时会出现复杂的粘-滑振动,轮轨之间产生较大的瞬时刚性冲击;而通过增加轮对与侧架的弹性悬挂可以有效减弱这种瞬时刚性冲击.关键词:车辆;干摩擦;分段线性阻尼;稳定性;粘-滑振动;非线性动力学分析中图分类号:U270.1;TH117.2

文献标识码:A

文章编号:1004-0595(2004)06-0545-05

　　随着列车运行速度的提高,对机车车辆的运动稳定性、运行平稳性及曲线性能提出了更高要求.车辆的动力学性能主要取决于悬挂参数.研究表明,若能控制车辆系统中悬挂参数随位移或速度呈非线性变化关系,则有利于改善车辆的振动性能.Pun等采用增量谐波平衡法分析了两自由度分段线性吸振器的动力性能,True等[2,3]利用现代非线性理论研究了车辆动力学中的混沌现象,并进行了数值模拟.已有的分段线性非光滑系统动力学研究大部分涉及刚度和阻尼随位移而变化的情况,而针对干摩擦阻尼和粘性阻尼随速度方向产生变化的非线性模型的研究较少.为此,本文作者以简化的铁道车辆垂向减振系统作为研究对象[7],在考虑钢轨波磨导致的车辆周期性激励的基础上[8,9],探讨了干摩擦和粘性阻尼随速度发生变化的分段线性振动系统的周期运动稳定性、分叉以及由干摩擦导致的粘-滑振动(stick-slip

[10,11]

.vibration)

[4～6]

[1]

如图1

所示.该模型也适用于汽车系统,相当于取汽

Fig1　Themechanicalmodelofthevehicle

图1　车辆非线性振动力学模型

车的1/4作为研究对象.系统运动微分方程为: +C(X MX-Y )+K(-Y)+Fsign(X -Y )=0.(1)

C1,X -Y >0,C=(2)

C2,X -Y <0.式中:Y=hsin( T+ ),h为线路不平顺的幅值; =

2 v/l,l为线路波长.令x=X-Y,则式(1)变换为: +Cx +Kx+Fsign(x )=Mh 2sin( T+ ).

(3)Mx

式中:x =dx/dT.设 =

M/K,t=T

K/M, =

22

C/(2KM),y=Kx/(Mh ),f=F/(Mh ),则可将式(3)转化为如下的无量纲形式:

+2 y y+y+fsign(y )=sin( t+ ).(4)

1　力学模型和运动方程

将车辆简化为某一单轴车,假定该车以等速v运行于直线轨道,且轨道的高低不平顺Y为简谐函数.系统仅由车体、轮对和一系悬挂所组成.一系悬挂包含弹簧、液压减振器和干摩擦减振器,液压减振器的

阻尼系数C随速度的方向而改变.相应的力学模型

式中:y =dy/dt,且:

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10072051);甘肃省自然科学基金资助项目(ZS031-B25-009-G);铁道部专项基金资助项目(JZ0002076).收稿日期:2003-12-23;修回日期:2004-03-01/联系人孙启国,e-mail:sunqiguo2002@yahoo.com.cn.,,