摘要：目前我国高速铁路建设的速度越来越快，高速铁路的数量也越来也多，拉近了城市间的距离、加强了城市间的联系更促进了各城市经济发展。但是在高速铁路运行的过程中相关技术问题还有待提升。在目前运行的铁道车辆中为了进一步减少车下设备在运行中给车体带来的振动，弹性悬挂方式是目前车下设备悬挂设备常使用的方式。我国相关的高速铁路研究人员经过共同研究后设计出车辆轨道耦合动力学模型并对车体的模态进行了相关的计算，在减振原理的作用下来确定和选择车下设备固有的频率范围，在确定悬挂系统刚度以及阻尼系数时相关的技术人员可以将其余橡胶材料的特性相结合。还有一部分高速铁路研究热恩怨构建起了在包括车下设备的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型，在隔振理论的基础是进行了车下设备悬挂系统的设计工作。传统的铁道车辆车下设备悬挂系统设计中，一般情况下是将车下设备进行单独的质量管理，这种设计方式并没有对因设备的偏心引起设备各阶振型各振动方向间的耦合振动对车辆动力学性能的影响。本文对悬挂系统优化设计的理论基础和基于Matlab平台的悬挂系统优化设计软件开发进行了研究。
关键词：高速动车组；车下设备悬挂；技术
１系统模型的建立
高速动车组车下设备悬挂应先构建起车体的有限元模型，再利用ANSYAS软件系统将车体的模型进行导入，再利用相关的计算软件进行模态计算，通过计算后得到缩减自由度后的主自由度模态的数值结果。然后再利用接口系统FEMBS软件将有限元模型与模态的分析结构输入到动力学系统的软件中。再利用SIMPACK软件构建起高速动车车体弹性的车辆系统的动力学模型。将FEA和SIMPACK软件结构进行融合，构建起联合模数据文件流程图。可以在动力学软件模型中选择合适的模型信息和定点等，也就是在弹性车体的基础上进行动力学的计算。由于高速动车的组成系统相对复杂，因此，在进行车下悬挂设备理论计算模型构建时应对一些复杂的项目和对象进行简化，对车体的弹力进行充分的考虑，可以将轮对和构架等部件一同视为刚体部件，在计算的过程中可以对这些刚体部件产生的弹性忽略不进行计算，所以，可以发现这些刚性部件的弹性比车下悬挂系统部件要小很多。此外，还应对动车组各个车辆间的作用进行相应的简化，只对一节车体的耦合动力模型进行考虑，车辆的系统模型是由一个弹性车体、二个构架、八个转臂、四个轮对和多个车下设备所组成的。应对车下设备的牵引变压器等设备的质量较大的设备的弹性进行考量，高速动车车下设备悬挂位置可见图1。
２车下设备悬挂参数对振动影响分析
车下悬挂设备运用弹性悬挂，可以很好的抑制高速动车车体的弹性振动，但是如果车下设备的参数出现偏差会提升车体的弹性振动，所以，要对高速动车车下设备的悬挂参数和车体的振动进行合理的匹配，并对两者间的关系进行研究。在分析车下悬挂设备的振动特性时，可以利用振动加速度的变化形式来完成。但是，高速动车的车下设备种类和类型会较多，所以，型号、质量的大小等也会有所区别，因此，我们应对一些大型的车下悬挂设备的刚度的刚柔耦合模型进行考量，并关注加速度振动性能的影响。提取高速动车运行速度设定在300km/h运行时，动车的车体与主要设备的最大加速度的变化情况。以下重点考虑牵引变压器及废排单元两种设备的弹性悬挂刚度对于车体与设备耦合振动影响规律，牵引变压器的横向悬挂刚度对车体地板面及设备本身的加速度影响如图2所示。
3基于Matlab平台的悬挂系统优化设计软件开发
车下设备初始耦合状态求解模块和解耦的车下设备刚度计算模快是组成Matlab平台悬挂系统优化设计软件的主要功能模快。我们现在进行车下六个自由度方向的振动耦合情况做评估分析时可以利用车下设备初始耦合状态求解模块，那么在对车下六个自由度之间的振动进行解耦是可以利用解耦的车下设备动刚度计算模块，分别使用者两个模块进行分析可以在最大程度上保证车下设备不同向振动是相互独立的，以实现对六个自由度减振可以进行分别的设计。
3.1车下设备初始耦合状态
我们可以结合车辆实例并根据高速动车组车下设备系统所安装的位置、安装的质量和安装的惯量参数及车下设备悬挂系统中各个橡胶件的三项刚度，并根据Matlab平台系统软件所提供的吊点序号和正方向将初始计算参数进行输入。根据车下设备说所输入的参数利用相应的方程式计算出结果，所计算的结果可以得到车下设备的初始耦合状态。
3.2解耦的车下设备动刚度计算
点击优化键就可以进行车下设备解耦优化设计了，设计时会受到两种条件的约束，第一种约束条件谁悬挂系统各橡胶件的三项刚度，另一种约束是x方向、y方向和z方向的初始自振频率。在出现这种现象时可先点击优化键再点击频率约束键。分别输入x、y、z向初始自振频率，在点击优化键就可以得到解耦优化悬挂系统各橡胶件的三项动攻读并显示计算结果。
4结语：综上所述，利用Matlab平台对高速动车组车下设备悬挂系统进行优化设计。可以将车下设备做成六个自由的度分的刚体后再输入计算所得到的参数，分别评估车下设备中六个自由度方向震动的耦合情况。同时还应针对我国目前所使用的频率最高的高速公车组进行分析，将车下设备系统解耦度进行最高保准的优化设计，对悬挂系统中各橡胶件的3向刚度进行优化。优化后再对车的振动和车辆运行的平稳度进行分析，运用Matlab软件对车下悬挂系统进行优化可以进一步改善车辆运行的平稳度，车体中垂向振动的加速可有明显的变化。
参考文献：
［1］邱飞力．车下设备与车体间振动传递关系研究［D］．成都：西南交通大学，2011．
［2］吴会超．高速动车组车体与车下设备耦合振动研究［D］．成都：西南交通大学，2012：1-23．
［3］唐山轨道客车有限责任公司.Q／TS橡胶减震技术规范［S］．唐山：唐山轨道客车有限责任公司，2008.
论文作者:罗明
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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