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原文传递高速列车液压减振器性能及其稳定性设计理论与应用研究

论文题名：	高速列车液压减振器性能及其稳定性设计理论与应用研究
关键词：	高速列车;液压减振器;性能稳定性;结构设计
摘要：	液压减振器是高速列车关键零部件之一，直接影响着高速列车运行平稳性和安全性。随着高速列车的车速不断提升，为了维持其运行高效、快速，铁路运营部门希望高速列车液压减振器具有性能稳定且长时间不需要更换的特性，这也是摆在全世界高速列车液压减振器研究和设计者面前的一大难题。高速列车液压减振器性能稳定性问题在我国显得尤为突出，导致我国高速列车液压减振器几乎完全依靠进口，严重制约了我国高速铁路事业的自主、快速发展。咎其原因在于我国在高速列车液压减振器性能稳定性设计理论与方法方面缺乏深入研究以及发达国家的技术封锁，导致国内高速列车制造企业只能依靠传统的“试制+试验+修改”的设计、制造模式，很难达到高速列车液压减振器性能的要求。　　为改变我国高速铁路液压减振器目前的设计、制造现状，本课题在液压减振器性能稳定性设计理论和方法方面开展了研究:建立了液压减振器阻尼特性的混合等效参数模型;基于响应面法建立了高速列车液压减振器17参数设计模型;在此基础之上，结合稳健设计理论提出兼顾液压减振器质量和成本的混合稳健设计模型（QCROM模型）;提出高速列车液压减振器性能稳定性试验评价方法，形成了高速列车液压减振器性能稳定性评价体系;将研究成果转化为工程应用，初步建立了高速列车液压减振器产业化技术开发流程，为高速列车液压减振器实现自主设计、开发及生产提供必要的理论指导和工程借鉴与参考。主要开展的研究工作如下: 　　(1)对我国高速列车液压减振器设计制造现状进行分析。从液压减振器在高速列车的应用现状、液压减振器性能计算分析方法以及稳健设计理论在液压减振器性能稳定性设计中的应用现状等三个方面分析了高速列车液压减振器的研究现状，进而提出课题研究内容。　　(2)基于粘性流体流动控制微分方程分析液压减振器阻尼特性产生机理研究，并建立阻尼构件压力损失模型。指出传统的集总参数模型、等效参数模型以及分布参数模型三种阻尼特性计算模型的优势与不足，提出综合运用CAE技术构建液压减振器混合等效参数模型的方法，即液压减振器阻尼特性混合等效参数模型(HEPM)。该模型的关键基础数据基于CAE方法获取，并验证了模型的有效性。所建液压减振器混合等效参数模型不仅提高了阻尼特性计算效率，又提高了计算精度（与实验测试值对比，误差控制在5％以内）。　　(3)研究了响应面法拟合液压减振器参数化设计模型的流程以及设计参数确定方法。对“阀片”式液压减振器的复原和压缩行程分别进行二阶响应面拟合，建立了液压减振器参数化设计响应面模型(PDRSM)，并进行了模型有效性检验，复原和压缩行程响应面模型的优良性评价指数Ra2分别为0.995和0.986,都远大于检验标准（大于0.9）。基于所建立的响应面模型分析了17设计参数对阻尼特性的影响规律。　　(4)总结和分析基于损失模型、响应面模型以及随机模型三种现代产品稳健设计方法的优势与不足。基于液压减振器参数化设计响应面模型，构建了液压减振器性能稳定性设计的“质量-成本”混合多目标稳健优化模型(QCROM)并利用交互迭代优化计算方法对模型进行求解。该模型不仅具备传统稳健设计的优势，而且考虑了高速列车液压减振器多速度点设计目标，并将其转化为单一设计目标。同时，该模型克服了传统稳健设计对大量约束条件和优化目标概率基础数据的依赖，使得该模型更加适合产品设计开发阶段应用，直接获得设计变量均值和容差的最优取值。　　(5)结合性能稳定性设计流程和方法，对2类6款液压减振器进行了性能及其稳定性优化设计。以二系横向“阀片”式液压减振器进行了论述和探讨，通过性能稳定性优化设计前后“总成本”降低了13.5％。通过液压减振器性能稳定性设计虽然降低了设计变量的加工精度，减振器质量（性能稳定性）不仅没有下降，反而得到了提高（提高了22.2％）;同时，正是由于降低了设计变量的加工精度要求，制造成本得到了有效控制(降低了13.3％)。　　(6)研究并初步建立了高速列车液压减振器产品的产业化设计开发技术流程。研究了液压减振器结构设计方法、性能稳定性试验方法，提出液压减振器性能稳定性设计流程。以“阀片”式液压减振器为例，对其进行了性能稳定性设计与试验验证。以CRH3原装进口液压减振器的阻尼特性为设计目标，课题组所设计、制造的3支液压减振器7个速度点阻尼特性全部满足设计要求。最后，通过温升试验表明:环境温度对液压减振器阻尼特性有较大的影响;相对油液动力粘度受温度变化而产生的波动（2个数量级），液压减振器阻尼特性比较稳定（最大变化50％左右），能够满足高速列车在温差较大地区运行的阻尼特性要求。
作者：	杨明亮
专业：	车辆工程
导师：	李人宪
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文