货运动车车门动力学仿真研究

马洪伟 王祖进 孙畅励

摘 要：基于RecurDyn 软件的动力学分析功能，对高速货运动车车门运行过程中所受载荷进行了研究。首先建立了门系统三维模型并导入RecurDyn 软件，设置材料属性，根据门系统工作要求在模型中添加运动副、接触副、模型驱动。然后为了使仿真结果更加贴合实际工况，在模型中添加了摩擦力。最后仿真得到了车门工作过程中丝杆所受的驱动扭矩曲线。本文的研究成果为后续货运动车车门结构设计和驱动电机选型提供了参考。

关键词：货运动车车门;动力学仿真;驱动负载;电机选型

0 引言

随着我国电子商务的兴起，快递行业飞速发展，高速货运动车因其低成本、大容量、大载重、时速高等特点，逐渐成为一种新型货物运输方式[1-3]。车门系统作为货运动车的主要组成部件之一，对车辆的安全、可靠运行有着重要影响，车门的稳定运行，是货运动车高效、快速运输货物的保障。

与城轨列车车门相比，货运动车车门开度大、重量大、结构相对复杂[4]，车门系统运行负载较大，易出现卡滞、动力不足等情况，因此对货运车门系统的运行过程丝杆所受负载进行研究十分必要。本文利于虚拟样机技术，基于RecurDyn 软件建立货运动车车门动力学仿真模型，模拟得到车门运行所需扭矩，为驱动电机选型及后续货运动车车门研究提供参考依据。

1 动力学仿真模型建模

货运动车车门系统主要包括：边部罩板组件、门扇组件、下摆臂组件、电机、承载驱动机构、下滑道组件等。

基于SolidWorks 软件完成货运动车门系统三维建模和装配，另存为x_t 格式后导入RecurDyn 多体动力学仿真软件建立车门动力学仿真模型[5-7]，如图1 所示，根据三维模型设置动力学模型中各零部件的材料属性。

2 模型参数设置

2.1 主要运动关系设置

2.1.1 承载驱动机构

承載驱动机构作为门系统的主要组成组件，是驱动门扇完成开闭动作的主要作用部件，电动开关门时，电机驱动丝杆转动，丝杆上的左/右旋螺母组件通过携门架带动门扇运动，在上滑道和挂架组件的约束下完成开闭动作。

2.1.2 下部导向机构

门扇下导轨和曲线块安装在车体上，摆臂组件安装在门扇上，滚轮在曲线块和下导轨内外轮廓面的约束下运动，实现门扇下部的直线和摆塞动作。

2.2 接触参数设置

对门系统接触副进行定义[8-10]，主要包括：上滚轮与上滑道之间的接触、螺母组件与携门架之间的接触、携门架与线轨座之间的接触、下滚轮与曲线块及下导轨之间的接触等。接触类型选择几何表面接触（Geo Surface Contact）。

2.3 摩擦力设置

门扇在运动过程中受到摩擦力，为使模型仿真结果更加贴合实际工况，在部分约束副中添加摩擦系数，主要参数设置如表1 所示。

3 仿真分析

门系统工作过程中，电机驱动丝杆转动，带动门扇开闭动作，因此在模型中以丝杆转速作为模型驱动，为提高模型可信度，采用实验台架采集速度曲线作为输入转速。在货运车门系统台架上进行电动开门实验，获取10 组电机转速曲线并进行均值处理，如图2所示。

设置仿真时间3s，运行仿真得到开门过程中丝杆所受驱动扭矩，如图3 所示，由图可知，在开门启动阶段，丝杆所受扭矩较大，最大扭矩5199N*mm，进入高速段后，扭矩相对较小，在接近开到位位置时，扭矩再次上升，最大扭矩为5421N*mm。

4 结论

车门是货运动车的主要组成部件之一，对货运动车的运输安全性及快速性有着重要影响。若车门出现开关卡滞、驱动不足等情况，将直接影响车辆运输的效率和质量，因此需要对车门运行过程中的负载进行研究。本文基于RecurDyn 软件对货运动车车门开门过程进行了仿真分析，模拟得到了车门运行中丝杆所受的扭矩，为驱动电机选型及后续货运动车车门研究提供了参考依据。

参考文献：

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