【《某缓冲器抗阻特性的数值描述概述》5300字】

某缓冲器抗阻特性的数值描述概述1.1缓冲器的冲击试验为了验证缓冲器的性能，通常有两种方式考核，那就是冲击试验以及落锤试验。两种试验方法各有特点，冲击试验操作复杂并且工作量大，但是模拟却更加真实；落锤试验操作简单并且工作量小，但是模拟之中的误差相较于冲击试验还是比较大的。落锤试验通过在落锤试验机上面对缓冲器施加冲击力（自由落锤），以此得到缓冲器的相关参数，这个试验过程中施加冲击力的时间较短，动量守恒定律是试验的主要依据；冲击试验通过一辆或一组真正的具有初速度的车辆，去冲击静止的一辆或一组真正的车辆，以这种碰撞试验来获取缓冲器受到的冲击力以及其他的技术参数，这个试验中缓冲器受到的冲击力作用时间较长，能量守恒定律是试验的主要依据。所以本文采用冲击试验的实验数据，来进行接下来一系列的研究。目前来说，中国有中车齐齐哈尔车辆有限公司试验线、中国北京二七车辆有限公司试验线和中国铁道科学试验线这三条大型冲击试验线。中国第一条冲击试验线是铁科院在1984年建成的，斜坡长75m、高6.357m、平直线段长300m，主要组成有电控系统、推送装置、车辆牵引等。三种缓冲器和C61及C62A两种敞车都在这条冲击试验线上进行过冲击试验；N61和D5这两种平车装载推土机、卡车以及不同质量的钢锭也于1985年在试验线上进行过冲击试验；同年还对在铁科院的经验的基础上，中车齐齐哈尔车辆有限公司的车辆冲击试验线于2005年建成，试验线路的坡道采用了桥涵带洞的路基墙结构，它的斜坡长51m、高6.35m、冲击线长230m、坡度10°。车辆的冲击试验中，会先将冲击车用牵引卷扬机拉到斜坡上，冲击车在不同高度就会获得不同程度的势能，相应的就会获得不同程度的动能，在平直轨道上表现出来的速度就可以得到控制。在平直轨道上会固定着一辆止挡车，它的前面就停放着被冲击车，这条冲击试验线路可以针对标准轨距，可以对载重量在100t以下的车辆进行试验，最大的冲击速度可以达到24km/h。图3-1中车齐齐哈尔车辆有限公司车辆冲击试验线在进行冲击试验之前，对试验车检验合格是制造商必须做到的事情，主要会进行静强度试验并且记录相关参数。试验过程中，试验车会装载同一型号的缓冲器，将会将测力车钩安装在试验车冲击端，以此来测试车钩的纵向冲击力的承受能力，也就是缓冲器的抗阻。测力车钩会提前将电阻应变片贴在测力车钩上面，以此组成特定联线方式的电桥，用来消除由于偏离车钩纵向中心而引起的附加应变，最后再在试验机或荷重传感器上面进行静力标定。大于等于设计规定的车钩力的百分之一百一十就是规定的标定荷载。为了测量缓冲器的行程，需要在钩尾框纵向中心线下方前后从板座间的合适位置安装位移传感器。为了测量纵向加速度，需要在车辆中央横向水平线附近的中梁腹板外侧处安装加速度传感器，或者安装在车体中部主要承载结构件上（针对无中梁车体）。而且通常会采用轨道贴片法。对于试验中使用的传感器以及其他测量仪器是有严格要求的，必须是通过计量检定机构检验合格，同时还在有效期内的才可以使用的。以下是对相关仪器的一些参数要求：传感器和测量仪器的采样频率要大于等于1000Hz，同时仪器的非线性误差要保持在±0.1%之内，零漂要保证范围1.55με/℃以及±5με/4h以内；测量仪器滤波器特性应为四阶Butterworth滤波器，滤波器应该在定义带宽范围内有在对各测量参数进行初始标定之前，确认各测点的传感器的导线连接无误以及仪器是否调试完毕，接下来需要以2km/h到3km/h的速度冲击两到三次，以此来验证测试系统是否正常，确认无误以后就可以开始正式试验了。试验过程中，冲击速度从3km/h开始，以一级1km/h的幅度逐级加快，同时每级的冲击次数要大于等于三次，直到速度达到了11km/h。同时要记录好冲击前的瞬时速度、冲击后的加速度、车钩力、行程等冲击过程中的动态参数，下面的图3-2就是其中两项的波形示意图。在波形图里面描述了冲击发生的过程中，车钩先受到压缩冲击，接着受到了拉伸冲击，就这样反复循环到两车的相对速度为零的时候，以上就是冲击过程。缓冲器的压缩状态包括了车钩受到压缩冲击和拉伸冲击两种状态。波形图中，首次压缩冲击过程中产生的最大车钩力为N1，最大位移为S图3-2缓冲器受到的车钩力和缓冲器的位移波形图由于影响试验数据的因素较多，例如随机性干扰、环境干扰、仪器干扰、试验人员自身干扰等等，所以为了数据的离散型较小，需要进行三次试验，以保证试验数据的准确性。就算测到了数据也需要进一步处理，去除负位移以及相应的正负车钩力，因为试验研究缓冲器的抗阻特性只需要正位移以及相对应的车钩力数据。下面将介绍处理数据的一些流程，首先要整合三次试验数据做出曲线图，将得到的曲线图与相对应的冲击速度下的试验曲线对比之后，提取三次试验数据中最接近的一条进行研究。下面的图3-3就是HM-1型缓冲器冲击速度3km/h到11km/h的抗阻特性曲线。图3-3HM-1型缓冲器冲击试验曲线1.2缓冲器抗阻特性数值描述方法1.2.1阻抗特性曲线的拟合由于在冲击试验过程中影响因素很多，而且情况也比较复杂，得到的试验数据也需要经过处理才能使用，所以为了试验数据能更好的应用到缓冲器模型中，需要利用数学方法分析试验曲线进行拟合，这样就可以确定合适的曲线来进行接下来的研究。为了数据的离散型较小，需要进行三次试验，但同时还要将三次试验数据通过多项式拟合结合在一起，以保证试验数据的准确性。第一步，将不同速度时测得的三次缓冲器的试验数据中位移及对应的车钩力在压缩冲击时的数据从大量数据中筛选出来，也就是缓冲器的压缩和恢复的首个压缩冲击过程的数据。首个压缩冲击的过程中得到的数据是最大的一组，对于研究来说是更加值得研究的，依此数据来分析缓冲器的抗阻特性。第二步，多项式拟合处理试验数据需要利用到Origin软件中的Analysis的相关窗口，为了更好的表达试验数据，计算更加方便，阶次要五次以下。在曲线的阶次、残差平方和、均方误差之间，进行分析之后选取合适的数据组成曲线。第三步，残差平方和与R平方数值是表示原数据曲线和拟合曲线的拟合程度的依据，残差平方越低、R平方数值越大，拟合程度越高。在整合好不同速度的数据之后，通过三次、四次、五次进行拟合，在经过分析并且对比之后，以拟合程度来决定多项式的阶次。通过查阅三次、四次、五次多项式分别拟合3km/h的试验数据的压缩曲线，可得到相应的残差平方和与R平方数值，如表3-1所示。由此可得，五次多项式拟合的R平方数值最大，残差平方和最小，所以为了试验的准确性，阶次应该选择五次为最佳，即拟合程度是最佳的。表3-1残差平方和与R平方数值多项式拟合残差平方和R平方数值三次多项式拟合661256.600490.87995四次多项式拟合661201.756420.87875五次多项式拟合615265.457570.88536下图3-4及图3-5表示了3km/h的冲击速度时的试验曲线，在拟合的时候，近似看作线性关系来研究，AB为过渡阶段，BC为卸载阶段，以此显示这两个阶段的抗阻特性。试验还需要拟合4km/h到11km/h的情况下的抗阻特性曲线，都需要以上的多项式拟合方法来处理数据。图3-4过渡和卸载阶段的曲线图3-5加载阶段的曲线1.2.2阻抗特性曲线特征点的选取如图3-6所示，由于抗阻特性曲线的描述是多段线性化的，所以特征点的选取是必要的。（d1,F1）是根据缓冲器的初压力来选取的，（d6,F6）是根据最大位移相应的最大车钩力来选取的，而（d7,F7）是过渡过程的末点，也是恢复过程的回弹点，而特征点的选取就是通过一系列的统计得到的。图3-6HM-1型缓冲器的抗阻曲线3km/h的冲击速度时选取特征点之后画出的抗阻特性曲线，而过程大概有以下几点：第一，确定压缩过程的开头和末尾，（d1,F1）是（0,95）、（d6,F6）是（20.34,952.08）。确定（d1,F1）到（d6,F6）之间其他的点。通过上述拟合曲线得到的五次多项式的函数表达式f(x)=-0.00265x5+0.13986x4-2.44763x3+16.19202x2-1.33138x+141.75125，求得一阶导数f'(x)=-0.01325x4+0.55944x3-7.34289x2第三，确定过渡和恢复过程中的特征点，(d7,F7)是(18.02,59.02)。有一条线段的斜率为k1=F通过二阶导数为零的根和三阶导数为零的根确定，在4kmlh到11krr}/h拟合过的曲线上，可以找到压缩阶段的起始之间的四个点。二阶导数和三阶导数为零的根的个数分别为3个、2个，但是二阶导数和三阶导数为零的根之中会有一个根接近。由于两根之间的差距不大，即使省略三阶导数为零的这个根也没有太大的影响；至于过渡阶段和恢复阶段上的特征点，按上述处理方法即可。下面的表3-3为冲击速度从3km/h到11km/h的缓冲器的位移所对应车钩力曲线上的7个特征点。表3-2HM-1型缓冲器在不同冲击速度下的转折点3km/h4km/h5km/h6km/h7km/h8km/h9km/h10km/h11km/h（d1,F1）(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)(0,95)（d2,F2）(1.39,248.68)(4.02,264.22)(1.04,239.08)(9.03,537.79)(8.58,538.87)(1.12,242.11)(11.85,595.39)(11.78,821.25)(11.22,938.63)（d3,F3）(9.88,434.76)(10.28,460.97)(12.87,698.88)(19.31,1096.49)(19.54,1084.23)(27.23,1179.118)(26.17,1147.11)(24.77,1298.22)(28.47,1251.57)（d4,F4）(14.27,535.11)(12.88,504.66)(18.48,1031.17)(27.72,1151.54)(31.27,1177.03)(47.49,1349.25)(51.62,1374.32)(39.25,1365.73)(48.89,1279.06)（d5,F5）(18.16,758.43)(18.63,931.28)(24.07,1166.33)(34.72,1198.44)(49.27,1221.93)(55.11,1384.32)(62.66,1532.63)(59.14,1505.56)(74.19,1464.61)（d6,F6）(20.34,952.08)(22.53,1222.04)(29.46,1361.42)(41.59,1444.21)(54.84,1514.28)(59.13,1738.66)(66.63,1829.74)(68.21,1998.51)(80.52,2659.26)（d7,F7）(18.02,59.02)(20.41,51.28)(27.45,52.74)(39.63,51.39)(51.69,66.27)(56.61,85.49)(61.72,74.86)(61.35,88.26)(76.53,118.41)1.2.3描述抗阻特性曲线如图3-7到3-15所示，为根据上面得到的特征点，做出的不同冲击速度下修正后的抗阻特性曲线。图3-7冲击速度为3km/h图3-8冲击速度为4km/h图3-9冲击速度为5km/h图3-10冲击速度为6km/h图3-11冲击速度为7km/h图3-12冲击速度为8km/h图3-13冲击速度为9km/h图3-14冲击速度为10km/h图3-15冲击速度为11km/h经过总结上面图中的规律，可以得到以下三个特征：(1)冲击速度不