铁道车辆液压减振器低速特性的CFD仿真.pdf

2 0 1 2年 9月 第4 O卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS S e p ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 7 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 7 ． 0 3 7 铁道车辆液压减振器低速特性的 C F D仿真 李俊琦 ，樊友权。 ，于兰英 ，刘桓龙 ，秦剑 1 ．西南交通大学机械工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1 ； 2 ．株洲联诚集团减振 器有 限责任公 司，湖南株洲 4 1 2 0 0 1 摘要机车车辆液压减振器对车辆的平稳性与动力性能有着非常重要的影响，减振器性能的好坏通过其阻尼特性反映 出来。以高速重载列车某型号一系垂向减振器为研究对象 ，利用 P r o ／ E建立减振器内部流场三维模型 ，用 A N S Y S I C E M与 S T A R ． C D软件联合划分六面体网格 ，运用流体动网格技术在 A N S Y S C F X流体仿真分析软件中得出低速情况下精度较高的 示功图。仿真结果与理论值接近，为铁道机车车辆减震器的优化设计提供了一种快速有效的方法。 关键词液压减振器；阻尼阀；示功图；低速特性；C F D仿真 中图分类号U 2 6 0 ． 3 3 1 ． 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 71 2 7 3 CFD S i mul a t i o n f o r Lo w． s pe e d Pe r f o r ma nc e o f Tr a i n Da mpe r L I J u n q i ，F A N Y o u q u a n ，Y U L a n y i n g ，L I U H u a n l o n g ，Q I N J i a n 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ，C h i n a ； 2 ． Z h u z h o u L i n c e G r o u p H y d r a u l i c D a mp e r C o ． ．L t d ． ．Z h u z h o u H u n a n 4 1 2 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T r a i n h y d r a u l i c d a mp e r h a s a v e r y s i g n i fi c a n t i mp a c t o n t h e s t a b l e a n d d y n a mi c p e r f o r ma n c e s o f t h e t r a i n ． Da mp i n g p e rf o r ma n c e i s r e f l e c t e d b y i t s d a m p c h a r a c t e r i s t i c ．T a k i n g a v e r t i c a l d a mp e r u s e d o n a t r a i n a s r e s e a r c h o b j e c t ，t h e t h r e e d i m e n s i o n a l fl o w fi e l d mo d e l o f t h e d a mp e r w a s e s t a b l i s h e d b y u s i n g P m／ E． T h e c r e a t i o n o f h e x a me s h wa s d o n e b y u s i n g ANS Y S I C E M a n d S T AR C D． T h e d y n a mi c me s h i n g t e c h n i q u e i n t h e s o f t w are o f AN S YS C F X W as a d o p t e d ． As a r e s u l t ， t h e i n d i c a t o r d i a ga m o f t h e d a mp e r u n d e r l o w s p e e d s i t u a t i o n wa s g o t t e n ． Th e s i mu l a t i o n r e s u l t s a r e v e r y c l o s e t o t h e t h e o r y o n e s ．I t p r o v i d e s a q u i c k a n d e f f e c t i v e me t h o d f o r o p t i ma t i o n o f t r a i n h y d r a u l i c d a mp e r ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c d a mp e r ；Da mp e r v a l v e ；I n d i c a t o r d i a g r a m；L o w s p e e d p e rf o r ma n c e；CF D s i mu l a t i o n 液压 减振器 已在我 国的机车 与 客车上 使用 了 4 0 多年 ，近 1 O年随着我 国铁路运输速度的提高 ，多 数采用进 口减振器。 目前 ，我国减振器设计水平与 生产能力较 国外先进的减振器技术仍有一定的差 距 。 作者依据某型号一系垂向减振器的实际结构与参 数，运用有限元分析软件与流体动网格技术对减振器 内部流场进行分析，得出可以判定减振器性能的示功 图与阻尼特性曲线，为减振器结构优化提供了理论依 据，有利于加速我国减振器国产化的进程。 1 液压减振器工作原理 液压减振器 下文简称减振器按照油液循环 方式 ，液压系统可分为开式系统和闭式系统，其基本 动作是拉伸与压缩。闭式系统较开式系统结构紧凑 、 与空气接触机会少、空气不易渗入 系统，故传动稳 定。因而 ，闭式系统更易于实现轨道交通机车车辆所 需要 的阻尼特性 。 当减振器处于低振动速度时，其油液单向循环流 动的物理模型如图 1 所示。 a 受力拉伸 b 受力压缩 1 一活塞杆 2 一 主阻尼 阍 3 一 导承 4 一活塞单向阀 5 储油缸 6 一底座单 向阀 图 1 减振器物理模型 当活塞杆受拉力 F 。 作用时 ，活塞单向阀处于关 闭状态，上腔中的油液产生压力 P 形成有压油腔， 作用在活塞有效面积上，产生拉伸阻尼力。有压油腔 中的油液经阻尼调节单元流人储油缸中。由于活塞向 上运动使下腔容积增大而产生吸力 ，吸力导致底座单 向阀开启 ，油液由储油缸流人下腔。当活塞杆受压缩 收稿 日期 2 0 1 I 一 0 81 5 作者简介李俊琦 1 9 8 6 一 ，女 ，硕士研究生，研究方向为机、电、液一体化。E m a i l q i q i 5 7 5 y e a h ． n e t 。 机床与液压 第 4 0卷 由图6可以看出在转向起始阶段 ，仿真曲线都 会出现剧烈振荡。分析其原因为控制节流口和放大 节流 口的通流面积增加过快，造成转向起始阶段节流 口的开度变化幅度过大，转向器内部流量和压力产生 冲击和振动。同时当方向盘以 r ／, 6 0 r ／ m i n的转速转 动时，该转向器额定排量可以达到 1 2 5 0 m L ／ s ，已知 优先阀的额定排量为 2 5 0 m L ／ s ，其流量输入给转向 器 ，可知该转向器的排量提高了4倍。 为了消除这一影响，在保证转向器额定输出流量 为 1 2 5 0 m L ／ s 和4倍流量放大的基础上，经过反复修 改尺寸和计算，对 c 8节流 口的结构进行优化设计。 改进后阀芯上的槽 4 5宽度增加为5 m m，阀套上的孔 3 8由两个半圆孔和一个长方形孔组合而成。 再次进行仿真 ，得到 S H T L F型全液压转向器输 出流量曲线 如图 7所示和液压油缸活塞位移速 度 如 图 8所示 。对 比图 6和 7可得 改进后 的转 向系统在转向起始阶段振动明显减弱，表明该转向器 的结构改进在理论上是可行的。 一 2 5 。 L5 2 1 ． 0 0． 5 。 一 0． 5 l 厂 0 0． 1 0． 2 0． 3 0． 4也 5 时间／ s 图7 改进后 S H T L F型全液 压转向器输出流量 3 2 。 l 0 -2 3 0 0 ． 1 0 ． 2 0 ． 3 0 ． 4 m5 时 间， s 图 8 液压油缸活 塞位移速度 4总结 液压转向系统是工程机械中重要的组成部分，其 流量放大倍数 、缓冲能力和稳定性等静动态特性直接 影响到整机的工作性能。以双向缓冲负荷传感大流量 放大全液压转向系统为研究对象 ，基于 M S C ． E a s y 5 仿真软件，建立了各个元器件的仿真模型，并根据各 组成部分的关系建立了整个转向系统的仿真模型。通 过仿真结果分析论证了转向器可以实现4倍流量放大 的功能，并且具有双向缓冲和转向稳定的良好性能。 这些仿真分析结论对进一步的产品升级和优化设计具 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