（光學(xué)工程專業(yè)論文）磁流變輪對(duì)耦合器及其車輛動(dòng)力學(xué)性能研究.pdf

西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1 頁 摘要 自鐵路運(yùn)營以來，鐵道機(jī)車車輛的輪對(duì)基本上都采用兩個(gè)車輪緊固在一 根車軸兩端的形式。這種傳統(tǒng)固定輪對(duì)的優(yōu)點(diǎn)在于它具有縱向蠕滑力產(chǎn)生的 偏轉(zhuǎn)力矩從而使輪對(duì)具有自導(dǎo)向功能；但在縱向蠕滑力矩的作用下，當(dāng)車輛 運(yùn)行速度較高時(shí)就可能產(chǎn)生蛇行失穩(wěn)。因此，近年來獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪日益受到 重視，與傳統(tǒng)輪對(duì)相比，獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪不存在縱向蠕滑力產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩， 因而不產(chǎn)生蛇行運(yùn)動(dòng)，對(duì)提高穩(wěn)定性有好處。但這一優(yōu)點(diǎn)也同時(shí)是它的缺點(diǎn)， 因?yàn)楠?dú)立旋轉(zhuǎn)車輪失去了縱向蠕滑力矩的導(dǎo)向作用，因而降低了輪對(duì)的直線 對(duì)中性能和曲線導(dǎo)向性能。鑒于此，國外一些專家學(xué)者又提出了耦合輪對(duì)的 構(gòu)想，即輪對(duì)的左右車輪通過某種形式進(jìn)行適當(dāng)?shù)鸟詈希@樣便可產(chǎn)生適量 的縱向蠕滑力，從而使輪對(duì)既具有導(dǎo)向功能，又能保證車輛具有較高的臨界 速度，國外在這方面已做了一些開拓性的研究工作，而國內(nèi)在2 0 0 1 年以前則 做得較有較少。我國西南交通大學(xué)的池茂儒博士在總結(jié)國內(nèi)外耦合輪對(duì)研究 成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今磁流變技術(shù)的發(fā)展，于2 0 0 2 年提出了磁流變耦合輪 對(duì)，并對(duì)其進(jìn)行了不少研究。本文則是在其基礎(chǔ)上，進(jìn)行更深一步的探索， 以期待在磁流變耦合輪對(duì)的實(shí)用化方面跨上一個(gè)大臺(tái)階。 本文首次發(fā)現(xiàn)耦合輪對(duì)耦合器對(duì)磁流變零場(chǎng)粘度的特殊性要求，采用大 粘度的潤滑脂作為載液，始終利用永磁體提供外加初始磁場(chǎng)，當(dāng)車輛停止時(shí) 使磁流變恒為半固體，為此設(shè)計(jì)了十分簡潔的磁流變輪對(duì)耦合器，解決了靜 置時(shí)磁粒的抗沉降穩(wěn)定性問題。首次根據(jù)磁流變的雙粘度模型，建立了4 個(gè) 輪對(duì)全為磁流變耦合輪x 寸( c c c c 型) 、l 位和3 位為傳統(tǒng)輪對(duì)與2 位和4 位為 耦合輪對(duì)( t c r c 型) 、2 位和4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)與1 位和3 位為耦合輪對(duì)( c r c r 型) 、l 位和4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)與2 位和3 位為耦合輪對(duì)f r c c r 型) 4 種車型，以 及傳統(tǒng)車輛( ，n 1 t 型) 的空間動(dòng)力學(xué)模型，并為這幾種模型編制了計(jì)算機(jī)仿真 軟件。 通過仿真分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁流變屈服應(yīng)力較小時(shí)，磁流變耦合輪對(duì)車輛具 有較高的臨界速度，但磁流變耦合輪對(duì)在曲線上的橫移量較大，出現(xiàn)了兩點(diǎn) 接觸；若增大屈服應(yīng)力，則臨界速度急劇下降，與傳統(tǒng)車輛相比已毫無優(yōu)勢(shì)， 但磁流變耦合輪對(duì)在曲線上的橫移量減??；再繼續(xù)增大屈服應(yīng)力，則臨界速 度緩慢下降；當(dāng)屈服應(yīng)力增大到一定值后，則臨界速度繼續(xù)緩慢下降，而磁 流變耦合輪對(duì)在曲線上的橫移量增大。當(dāng)采用抗蛇行減振器后，相對(duì)傳統(tǒng)車 輛來講，可極大地提高車輛的臨界速度。根據(jù)對(duì)上述4 種磁流變耦合輪對(duì)在 第l | 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 高速和準(zhǔn)高速線路上曲線通過性能的比較，遴選出具有較優(yōu)性能的t c c t 型 拖車，可在高速鐵路上以高速和超高速、在準(zhǔn)高速鐵路上以準(zhǔn)高速交互運(yùn)行； 在t c c t 型拖車的傳統(tǒng)輪對(duì)上安裝驅(qū)動(dòng)裝置而成為的動(dòng)車也具有極高的臨界 速度和良好的橫向動(dòng)力學(xué)性能，這說明了磁流變耦合輪對(duì)t c c t 動(dòng)車組亦具 有類似其拖車的動(dòng)力學(xué)性能。另外，對(duì)t c c t 型拖車的懸掛參數(shù)對(duì)臨界速度 的影響進(jìn)行了分析和優(yōu)化；分析了轉(zhuǎn)向架的軸距差、對(duì)角線差及線路條件對(duì) 臨界速度的影響，其中前兩者對(duì)臨界速度的影響不大，而線路條件則影響很 大。同時(shí)對(duì)自導(dǎo)向磁流變耦合輪對(duì)徑向轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不能減 小輪對(duì)在曲線上的橫移量，建議不宜采用。 經(jīng)過分析，當(dāng)磁流變的屈服應(yīng)力和懸掛參數(shù)合理時(shí)，t c c t 型車不需控制 屈服應(yīng)力的變化，就具有極高的臨界速度和在高速與準(zhǔn)高速鐵路上良好的動(dòng) 力學(xué)性能，且該車型具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱，正反運(yùn)行方向性能相同，簡化了轉(zhuǎn)向架 的結(jié)構(gòu)，為磁流變耦合輪對(duì)投入實(shí)際運(yùn)營奠定了理論基礎(chǔ)。 另外，提出了軌廓分區(qū)法全面計(jì)算輪軌接觸狀態(tài)法，在考慮輪對(duì)的橫移、 浮沉、搖頭、側(cè)滾和左右鋼軌的橫移、浮沉、側(cè)滾的條件下，可全面地分別 計(jì)算左右側(cè)軌頂和軌側(cè)區(qū)域與車輪的最小輪軌間隙量，以此來判斷輪軌的真 實(shí)接觸狀態(tài)：正常的一點(diǎn)接觸、非正常的一點(diǎn)接觸、兩點(diǎn)接觸和車輪完全懸 浮，并根據(jù)非線性赫茲接觸理論分別求得兩接觸點(diǎn)處的輪軌法向力，從而使 仿真結(jié)果更接近于車輛在實(shí)際線路上的運(yùn)行狀態(tài)。該方法對(duì)在傳統(tǒng)車輛動(dòng)力 學(xué)的輪軌接觸關(guān)系方面也同樣適用。 關(guān)鍵詞：耦合輪對(duì)；磁流變；雙粘度；動(dòng)力學(xué)性能；輪軌接觸；仿真 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第頁 a b s tr a c t s i n c er a i l w a yi sp l u n g e di n t ob u s i n e s s ，t h ew h e e l s e t sw i t ht w o w h e e l sf i x e dt ot w oe n d so fo n ea x l eh a sc o m m o n l yb e e na d o p t e di n r a i l w a yv e h i c l e t h ea d v a n t a g eo ft r a d i t i o n a lf i x e dw h e e l s e t si st h a t t h e yh a v es e l f - s t e e r i n gc a p a b i l i t yp r o d u c e db yl o n g i t u d i n a lc r e e p m o m e n t s ，h o w e v e ri tp o s s i b l yo c c u r so fh u n t i n gu n s t a b i l i t yw h e nt h e s p e e d b e c o m e s h i g h e r ，s oi n d e p e n d e n t l yr o t a t i n gw h e e l s ( r o w ) i s a t t a c h e di m p o r t a n c ei n c r e a s i n g l y i r wd o n tp o s s e s sl o n g i t u d i n a l c r e e pf o r c e s ，s oi td o e s n to c c u ro fh u n t i n ga n dt h es t a b i l i t yo ft h e v e h i c l es y s t e mi si m p r o v e d b u ti 肼l o s es e l f - s t e e r i n gc a p a b i l i t y w i t h o u tl o n g i t u d i n a lc r e e pm o m e n t s ，s oi t sr e s t o r a t i o nc a p a b i l i t ya n d c u r v i n gp e r f o r m a n c e sb e c o m ew o r s e t h e r e u p o n ，t h ei d e ao fc o u p l e d w h e e l s e t si sb r o u g h tf o r w a r dt h a tt h el e f ta n dr i g h tw h e e l so f w h e e l s e t sa r ep r o p e r l yc o u p l e dt op r o d u c eaf e wl o n g i t u d i n a lc r e e p f o r c e s i nt h i s w a y ，c o u p l e dw h e e l s e t s h a v eb o t hs e l f - s t e e r l n g c a p a b i l i t ya n dh i g h e rc r i t i c a lv e l o c i t y s o m er e s e a r c h e so nc o u p l e d w h e e l s e t sh a v eb e e nc a r r i e do na b r o a dw h i l es c h o l a r si no u rc o u n t r y d ol e s sw o r k sb e f o r e2 0 0 1 i n2 0 0 2 ，d rc h i m a o r uw i t hs o t h w e s tj i a o t o n g u n i v e r s i t yr a i s em a g n e t o - r h e o l o g i a lf l u i dc o u p l e dw h e e l s e t s ( m r f c w ) o n t h eb a s iso fc o n c l u d i n gr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa th o m eo ra b o a r da n d c o m b i n i n gt e c h n o l o g yp r o g r e s s o f m a g n e t o - r h e o l o g i a lf l u i d ( m r f ) n o w a d a y s ，a tt h es a m et i m e ，h eh a sd o n el o t so fw o r k s t h i sp a p e r e x p l o r e sd e e p l yo nt h eb a s i so fc h i m a o r u sw o r k sa n dh o p et os t r i d e ab i gs t e pi nm r f c wv e h i c l e t h ep a p e rf i r s t l yd i s c o v e r sp a r t i c u l a r i t yo f 凇f ( 灌t om r f ，a d o p t s b i gv i s c i d i t yg r e a s ea sb a s e o i la n dp r o v i d e sm a g n e tf i e l da l w a y su s i n g p e r m a n e n tm a g n e t t h e r e f o r e 枷訊i ss e m i s o l i da l lt h et i m ew h e n v e h i c l ei ss t i l l ，a n dt h e nv e r ys i m p l em r f c wd e v i c ei sd e s i g n e d ，s o m a g n e tp a r t i c l e sa n t i s e t t l i n g i ss o l v e d d y n 鋤i cm o d e l ：a r e e s t a b l i s h e do nt h eb a s i so fm r fb i v i s c i d i t ym o d e li n c l u d i n gr a i l w a y v e h i c l e so f 4m p s c w ( c c c cm o d e l ) ，o ff i x e d1 “a n d3 hw h e e l s e t s ，m r f 第1 v 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 c o u p l e d2 一a n d4 伯w h e e l s e t s ( t c t cm o d e l ) ，o fc o u p l e dl na n d3 r d w h e e l s e t s m r ff i x e d2 “a n d4 “w h e e l s e t s ( c t t cm o d e l ) ，o ff i x e d1 “a n d4 “w h e e l s e t s 。 c o u p l e d 砌 f2 “a n d3 “w h e e l s e t s ( t c c tm o d e l ) a n dt r a d i t i o n a l v e h i c l e ( t 1 u r t ) ，t h ed y n a m i c ss i m u l a t i n gs o f t w a r eo ft h e s em o d e l sa r e p r o g r a m m e d s i m u l a t i o ns h o w st h a tm r f c i rv e h i c l ep o s s e s s h i g h e rc r i t i c a l v e l o c i t yu n d e rt h ec o n d i t i o no f i 4 r fs m a l l e ry i e l ds t r e s s ，b u tb i g g e r 胍f c wl a t e r a ld i s p l a c e m e n t ，t w o p o i n tc o n t a c to c c u ri nt h em e a n t i m e ， c r i t i c a lv e l o c i t ys h a r p l yd e s c e n d e di ni n c r e a s i n gy i e l ds t r e s s ，m r f c w l a t e r a ld i s p l a c e m e n td e c r e a s e d ，y i e l ds t r e s si n c r e a s e dc o n t i n u a l l y ， c r i t i c a lv e l o c i t yd e s c e n d e ds l o w l y ，b u tl a t e r a ld i s p l a c e m e n tb e c o m e b i g g e r a n t i h u n t i n g d a m p e rc a nr a i s ec r i t i c a lv e l o c i t yo fm r f c w v e h i c l eo p p o s i t et r a d i t i o n a lv e h i c l et os p e a k t c c tv e h i c l ep o s s e s s b e t t e rd y n a m i cp e r f o r m a n c e si n4k i n d so fl v l r f c wv e h i c l e sa n di tr u n s o nt h eh i g h - s p e e da n dq u a s i h i g h s p e e dt r a c ka l t e r n a t i v e l y ，t h i ss h o w s t c c tm o v e m e n t g r o u pp o s s e s sb e t t e rd y n a m i cp e r f o r m a n c e sw i t h c o m p a r i s o nt oi t st o w i n gv e h i c l e i na d d i t i o n ，i n f l u e n c e so ft c c t v e h i c l es u s p e n s i o np a r a m e t e ro nc r i t i c a lv e l o c i t ya r ea n a l y z e da n d s u s p e n s i o np a r a m e t e r sa r eo p t i m i z e d i n f l u e n c eo fw h e e l b a s ea n d d i a g o n a ld i f f e r e n c eo fb o g i e ，t r a c kc o n d i t i o no nc r i t i c a lv e l o c i t y ， r e s u l td e m o n s t r a t e s b o t hf o r m e rh a v el i t t l ei n f l u e n c e ，b u tt r a c k c o n d it o nh a sb i gi n f l u e n c e b e s i d e s s e l f - s t e e r e d 躲fr a d i a lt r u c k i sa n a l y z e d ，b u tr e s u l tp r o v e st h a tt h eb o g i ec a n td e c r e a s el a t e r a l d i s p l a c e m e n ta n di ti s n ts u i t a b l ei nr e a l i t y t c c tv e h i c l ep o s s e s s e sv e r yh i g hc r i t i c a lv e l o c i t ya n d b e t t e r d y n a m i cp e r f o r m a n c e sw h e n 腿fy i e l ds t r e s sa n ds u s p e n s i o np a r a m e t e r a r ea p p r o p r i a t eb ya n a l y z i n gu n d e rt h ec o n d i t i o no fn o tc o n t r o l l i n g m r fy i e l ds t r e s so nt h eh i g h s p e e da n dq u a s i h i g h s p e e dr a i l w a y ，b e s i d e s ， t c c tv e h i c l e p o s s e s s e ss y m m e t r i c a ls i m p l i f i e ds t r u c t u r ea n dt h e d y n a m i cp e r f o r m a n c e si nf r o n ta n db e h i n d i na d d i t i o n ，t o t a lw h e e l r a i lc o n t a c tc a l c u l a t i o nw i t hd i v i d e d r a i lo u t l i n em e t h o da r er a i s e d u n d e rt h ec o n d i t i o no fc o n s i d e r i n gt h e 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第v 頁 d i s p l a c e m e n t ，b o u n c i n g ， y a w ， r o l lo fw h e e l s e t sa n d d i s p l a c e m e n t ，b o u n c i n g ，r o l lo fr a i l s ，m i n i m u mg a pb e t w e e nr a i la n d w h e e lw e r ec a l c u l a t e db yt h et r o c h o i dm e t h o da n dd i v i d e dr a i lo u t l i n e m e t h o d w ec a ne a s i l yj u d g et o t a l l yr e a lc o n t a c ts t a t e so f t h e w h e e l r a i ls u c ha sn o r m a lo n e p o i n tc o n t a c t n o n n o r m a lo n e - p o i n t c o n t a c t ，t w o - p o i n tc o n t a c ta n dw h e e lc o m p l e t el i f t w h e e l r a i ln o r m a l f o r c e si nt h et w oc o n t a c tp o i n ta r er e s p e c t i v e l yc a l c u l a t e db y n o n l i n e a rh e r t zc o n t a c tt h e o r y a n dt h e n ，r e s u l to fs i m u l a t i o nm o r e c l o s et or e a l i t yo na c t u a lt r a c k t h i sm e t h o dc a na l s ob ea p p l i e di n c o n t a c to fw h e e l r a l li nt r a d i t i o n a lv e h i c l ed y n a m i c s k e y w o r d s ：c o u p l e dw h e e l s e t s ：m r f ：b i v i s c i d i t y ；d y n a m i cp e r f o r m a n c e s ： w h e e l r a i lc o n t a c t ：n u m e r i cs i m u l a t i o n 。 西南交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué) 校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查 閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入 有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本 學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于： 1 保密口，在 2 不保密e 杉適用本授權(quán)。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“4 ”) 學(xué)位論文作者簽名：_ = 啤 日期：糾年占月1 日 年解密后適用本授權(quán)； 指導(dǎo)老師簽名：多彳美 日期：砷年z 月，1 日 西南交通大學(xué) 學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明 本人鄭重聲明：所里交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他 個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和 集體，均已在文中作了明確的說明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本 人承擔(dān)。 本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1 首次發(fā)現(xiàn)：當(dāng)無外加磁場(chǎng)時(shí)，若磁流變的動(dòng)力粘度趨向于零，則磁 流變耦合輪對(duì)演變?yōu)楠?dú)立輪對(duì)，在實(shí)際運(yùn)用中不希望變成這樣的情況。因此， 對(duì)磁流變耦合輪對(duì)來講，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，要求磁流變的動(dòng)力粘度在一定 范圍內(nèi)越大越好，且磁粒直徑可以較大。這與磁流交在一般阻尼器和離合器 中的應(yīng)用要求是絕然相反的。故選擇動(dòng)力粘度較大的鈣基潤滑脂如鐵道車輛 軸承用鈣基潤滑脂、或者粘度更高的其它潤滑脂、或者其它粘度更高且滿足 使用條件( 如高沸點(diǎn)、高燃點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性好、能長期使用、無毒、無腐蝕、 無異味) 的膏狀物或膠狀物作為載液；同時(shí)，利用永磁體始終提供一定的外 加初始磁場(chǎng)，使車輛靜止時(shí)磁流交始終處在磁場(chǎng)中成為類固體，則靜止時(shí)更 加不會(huì)下沉，便為此首次設(shè)計(jì)了十分簡潔的磁流變輪對(duì)耦合器。其意義在于： ( 1 ) 輪對(duì)耦合器中磁流變將不會(huì)采用在其它領(lǐng)域中價(jià)格昂貴的磁流變，而是十 分廉價(jià)的磁流變，為磁流變廣泛應(yīng)用于耦合輪對(duì)奠定了價(jià)格便宜的材料基礎(chǔ)。 ( 2 ) 解決了磁粒在輪對(duì)耦合器中靜止時(shí)抗沉降性難題，也有可能解決高速離心 邊緣化的問題，另外需要指出的是，即使當(dāng)磁粒邊緣化發(fā)生后，若仍能傳遞 較先前增大或變化不大的阻力矩，對(duì)磁流變耦合輪對(duì)耦合器也是允許的，但 后者需要實(shí)驗(yàn)證明。這使磁流變耦合輪對(duì)車輛在實(shí)用化、工程化方面邁上了 一個(gè)大臺(tái)階。這主要體現(xiàn)在第2 6 2 節(jié)。 2 通過建立多種形式的磁流交耦合輪對(duì)轉(zhuǎn)向架拖車模型，經(jīng)過比較和 優(yōu)化分析，首次提出了1 、4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)，2 、3 位為磁流變耦合輪對(duì)的最 佳形式拖車。在合適的磁流變屈服應(yīng)力和抗蛇行減振器的配合下，該拖車不 僅具有極高的臨界速度和良好的橫向動(dòng)力學(xué)性能，而且還可在高速和準(zhǔn)高速 鐵路間交互運(yùn)行。這主要體現(xiàn)在第3 章。 3 基于第2 創(chuàng)新點(diǎn)，首次提出了l 、4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)，2 、3 位為磁流 變耦合輪對(duì)，驅(qū)動(dòng)裝置安裝在l 、4 位傳統(tǒng)輪對(duì)上的動(dòng)車轉(zhuǎn)向架。由于該動(dòng)車 同樣具有極高的臨界速度和良好的橫向動(dòng)力學(xué)性能，可使上述形式的轉(zhuǎn)向架 拖車的動(dòng)力學(xué)性能得到充分發(fā)揮。這使磁流變耦合輪對(duì)動(dòng)車組( 全部為動(dòng)車) 在投入實(shí)際運(yùn)營上，在第1 、2 創(chuàng)新點(diǎn)的基礎(chǔ)上又跨越了一個(gè)大臺(tái)階。這主要 體現(xiàn)在第4 章 4 首次在國內(nèi)外提出了軌廓分區(qū)法全面計(jì)算輪軌接觸關(guān)系。在考慮輪 對(duì)的橫移、搖頭、側(cè)滾和浮沉4 個(gè)自由度和左右鋼軌的橫移、浮沉和側(cè)滾各 3 個(gè)自由度及左右鋼軌的橫向、垂向不平順的條件下，可全面地考慮輪軌任 一側(cè)的正常和非正常的一點(diǎn)接觸、兩點(diǎn)或多點(diǎn)接觸甚至車輪完全懸浮，根據(jù) 軌頂與踏面、軌側(cè)與輪緣各自接觸處的壓縮量和非線性m = r z 接觸理論，可很 方便計(jì)算出各接觸處的輪軌法向力。從而能更準(zhǔn)確地進(jìn)行機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)動(dòng) 態(tài)仿真，尤適合于作為車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)，令鋼軌的自由度為零，則適 合于傳統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)。這主要體現(xiàn)在第3 3 節(jié)。 學(xué)位論文作者簽名：修車哆 p 日期：砷年占月，1 日 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1 頁 1 1 論文的選題背景 第1 章緒論 鐵路自1 8 2 5 年9 月2 7 日在英國投入運(yùn)營以來，鐵道機(jī)車車輛的輪對(duì)基 本上都采用左右兩個(gè)車輪剛性聯(lián)接在一根車軸的兩端，除車軸由于彈性和受 力變化產(chǎn)生非常小的顫震外，兩側(cè)車輪旋轉(zhuǎn)角速度是相同的。在曲線上，由 于左右車輪的同步轉(zhuǎn)動(dòng)和內(nèi)外軌長度不相等，為了能順利通過曲線，車輪踏 面一般都具有一定的錐度。但隨之而產(chǎn)生其固有的缺點(diǎn)：在直線上產(chǎn)生自激 的蛇行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)后，輪對(duì)不斷左右劇烈撞擊鋼軌，產(chǎn)生噪聲、 磨耗、軌距擴(kuò)大甚至脫軌：在曲線上，僅靠兩側(cè)車輪的半徑差不能完全彌補(bǔ) 內(nèi)外軌的長度差，因而造成較直線上更大的滑動(dòng)和磨耗，造成頻繁鏇修車輪 和換軌，增大運(yùn)營成本；并且在車輛的前進(jìn)過程中，轉(zhuǎn)向架在直線上和在曲 線上對(duì)一系懸掛的縱向剛度的要求是相互矛盾的，使設(shè)計(jì)者在轉(zhuǎn)向架開發(fā)時(shí) 難以把握【1 卅。相對(duì)而言，傳統(tǒng)輪對(duì)車輛的臨界速度較低，而由于社會(huì)的進(jìn)步、 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)鐵路客車的速度、安全和舒適度的要 求越來越高隨著我國的京廣、京滬、京哈、哈大、滬漢蓉、徐西、貴廣等 客運(yùn)專用線的興建，傳統(tǒng)輪對(duì)車輛雖能滿足當(dāng)今的要求，但追求性能更好的 轉(zhuǎn)向架車輛一直是國內(nèi)外機(jī)車車輛工作者努力的目標(biāo) 事實(shí)上，2 0 世紀(jì)初就有人提出用“獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪”代替“固定輪對(duì)”的 設(shè)想。鐵道機(jī)車車輛采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪的第一個(gè)專利是瑞士人c h a r l e sd e b a n g 于1 9 0 3 年申報(bào)的，基本原理是將兩個(gè)車輪通過軸承安裝在車軸上，使 車輪能相對(duì)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，見圖1 1 ；1 9 0 8 年，奧地利人a l i o sm a r i al e i n w a t h e r 發(fā)明了無公用軸的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪，即左右車輪在空間上無任何約束。1 9 1 3 年， 加拿大人b a g s t e rr o a d ss e 曲r o o k 提出了用套筒聯(lián)軸器將左右車輪連接的專 利，其基本原理是使兩個(gè)車輪能相對(duì)聯(lián)軸器自由轉(zhuǎn)動(dòng)。輪對(duì)的左右車輪解耦 后可以自由旋轉(zhuǎn)，不再產(chǎn)生縱向蠕滑力，因而不會(huì)產(chǎn)生蛇行運(yùn)動(dòng)，臨界速度 可以達(dá)到很高，對(duì)提高車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性有好處l s - s j 。但這一優(yōu)點(diǎn)也同時(shí)是它 的缺點(diǎn)，因?yàn)楠?dú)立旋轉(zhuǎn)車輪失去了縱向蠕滑力矩的自導(dǎo)向功能，在車輪制造 和安裝誤差及軌道不平順的影響下，當(dāng)左右車輪車把接觸角差不大時(shí)，即使 在平直軌道上，獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪一般也會(huì)貼靠鋼軌的某一側(cè)運(yùn)行，而不能自動(dòng) 向軌道中央復(fù)位，因而加劇了脫軌的傾向；在曲線上，獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪主要依 第2 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 靠輪緣來導(dǎo)向，一旦發(fā)生輪緣接觸，很難保證輪軌一點(diǎn)接觸，因而很容易造 成輪緣的嚴(yán)重磨損 7 - 1 0 1 。 圖1 - 1 獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪模型簡圖 采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪的第一輛軌道車是1 9 1 6 年美國亞利桑那州的一家車 輛廠制造的城市輕軌車，其目的主要是使車輛的地板能低于4 0 0 m m ，方便乘 客上下車。這種2 軸內(nèi)燃輕軌車第一批共生產(chǎn)了4 輛，用在該州擁有兩萬多 居民的圖森市。2 年后，該廠又生產(chǎn)了2 0 輛提供給n e wb i r n e y 市的公交公 司。然而，由于該車的輪緣在直線上經(jīng)常貼靠鋼軌，車輪的踏面和輪緣磨耗 遠(yuǎn)高于同類型采用傳統(tǒng)輪對(duì)的車輛，且多次發(fā)生脫軌事故，因此，兩城市幾 乎同時(shí)中斷了對(duì)其的使用。進(jìn)入2 0 世紀(jì)3 0 年代，德國的埃森( e s s e n ) 有軌 電車公司和瑞士的b l s 鐵路公司出于同樣目的，各自制造了一輛采用獨(dú)立旋 轉(zhuǎn)車輪的輕軌電車樣車，其中瑞士b l s 鐵路公司的輕軌電車是兩節(jié)一組并在 中間采用了j a c o b 轉(zhuǎn)向架( 鉸接式轉(zhuǎn)向架) 。該樣車的命運(yùn)同美國一樣，最終 還是將獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪更換成傳統(tǒng)輪對(duì)。許多理論和試驗(yàn)研究也表呀”“”，由 于獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪缺乏蠕滑力的自導(dǎo)向作用，因而使得獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪不但直線 復(fù)位性能很差，而且曲線通過性能也很差，因此導(dǎo)向問題一直是獨(dú)立回轉(zhuǎn)車 輪發(fā)展的“瓶頸”。圍繞著獨(dú)立回轉(zhuǎn)車輪的導(dǎo)向問題，國外提出了很多解決方 案，比如把獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架做成拖動(dòng)式【1 6 】、加大車輪踏面的錐度l l7 ?！俊?加設(shè)特殊的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)【i ”l 】等。 應(yīng)該指出的是，當(dāng)時(shí)的輪軌粘著理論還不足以解釋其原因。直到1 9 6 7 年現(xiàn)代輪軌粘著理論的開拓人荷蘭的k a l k o r 的博士論文發(fā)表后，人們才 真正對(duì)輪軌蠕滑現(xiàn)象和蠕滑理論有了新的認(rèn)識(shí) 2 2 。2 s 。 隨著人們對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)研究的深入，研究者們發(fā)現(xiàn)輪軌縱向蠕滑力在輪 對(duì)的導(dǎo)向中起著不可低估的作用，于是國外一些學(xué)者想出了一種整合傳統(tǒng)固 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第3 頁 定輪對(duì)和獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪之間優(yōu)點(diǎn)的輪對(duì) 2 6 - 2 9 ，即耦合輪對(duì)，其原理可以用圖 1 2 來示意。耦合輪對(duì)即通過某種耦合器把獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的左右車輪的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)鸟盥?lián)，這樣就可以產(chǎn)生適量的縱向蠕滑力，從而使車輛在保證 有較高的臨界速度的同時(shí)，還可以提高輪對(duì)向軌道中央復(fù)位和改善轉(zhuǎn)向架的 曲線通過性能。 圖1 - 2 耦合輪對(duì)模型簡圖 1 2 耦合輪對(duì)的發(fā)展與研究概況 耦合輪對(duì)的概念一提出，就受到很多研究人員的關(guān)注，英國、美國、加 拿大、德國、法國等國家的許多學(xué)者投入了大量的精力來對(duì)耦合輪對(duì)進(jìn)行理 論和試驗(yàn)研究，其中以加拿大的a l m 3 e d 研究的彈性一阻尼耦合輪對(duì) e d c w ( e 1 a s t o - d a m p e r c o u p l e ，d w h e e l s e t ) 1 3 咖】和德國m b b 公司開發(fā)的磁力耦 合輪對(duì)m p c w ( m a g n e t i ep o w d e rc o u p l i n gw h e e l s e t ) 【3 州】最為著名。 耦合輪對(duì)的概念最早由英國的b e n i n g t o n 于1 9 6 8 年提出【2 6 】，他初步分析 認(rèn)為輪對(duì)通過阻尼適當(dāng)耦合可以緩解直線穩(wěn)定性與曲線通過性能之間的矛 盾。緊接著d u k k i p a t i 利用b e n i n g t o n 的耦合輪對(duì)模型考察了輪對(duì)耦合參數(shù)及 懸掛參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)阻尼耦合輪對(duì)的動(dòng)力學(xué)性能確實(shí)比傳統(tǒng)固定 輪對(duì)好【2 7 j 。2 0 世紀(jì)7 0 年代，d o y l e 、p r a u s e 和h a d d e n 進(jìn)一步對(duì)耦合輪對(duì)進(jìn) 行了研究，他們得出的結(jié)論是：輪對(duì)的耦合阻尼對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響可以忽 略不計(jì)；而耦合剛度對(duì)穩(wěn)定性的影響很大，車輛的穩(wěn)定性隨著輪對(duì)耦合剮度 的增加而增大，當(dāng)耦合剛度達(dá)到很大而使左右車輪成為固定輪對(duì)時(shí)的臨界速 度最高 2 s , 2 9 。后來的研究表明，這個(gè)結(jié)論是不正確的。 2 0 世紀(jì)8 0 年代，掀起對(duì)耦合輪對(duì)研究的熱潮，其中對(duì)耦合輪對(duì)的理論 研究貢獻(xiàn)最大的是加拿大的a h m e d 。他首先建立了彈性一阻尼耦合輪對(duì) e d c w ( e l a s t o - d n n p e rc o u p l e dw h e e l s e t ) 的橫向線性動(dòng)力學(xué)模型，如圖l - 3 所 第4 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 示f 3 0 1 ，考慮了輪對(duì)的橫移、搖頭和自旋三個(gè)自由度，構(gòu)架被假設(shè)為是沿軌道 前進(jìn)的固定參考系。 圖1 - 3 彈性一阻尼耦合輪對(duì)模型 a h m e d 在頻域內(nèi)對(duì)分析了扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)阻尼對(duì)輪對(duì)臨界速度的影響， 如圖1 4 所示0 0 。從圖中可以看出扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)阻尼對(duì)輪對(duì)的臨界速度都 有較大的影響。 e d 鼎扭轉(zhuǎn)剛度k ( k n m r a d ) ( a ) 奄 1 、， 倒 艘 呔 嚳 砌扭轉(zhuǎn)阻尼c 艋拋ns t a d ) ( b ) 圖1 - 4 扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)阻尼對(duì)臨界速度的影響 由于僅考慮輪對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型過于簡單，不能考察耦合參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向 架和車輛穩(wěn)定性的影響，所以a h m e d 緊接著又建立了包含1 1 個(gè)自由度的 e d c w 貨車轉(zhuǎn)向架的橫向線性穩(wěn)定性模型【3 1 】分析的結(jié)果是當(dāng)扭轉(zhuǎn)阻尼過小 時(shí)，扭轉(zhuǎn)剛度不能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與此同時(shí)，a h m e d 又建立了輪對(duì)僅有 阻尼耦合的三大件轉(zhuǎn)向架貨車的穩(wěn)態(tài)曲線通過模型【3 2 】，分析結(jié)果認(rèn)為適當(dāng)?shù)?西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第5 頁 阻尼耦合可以提高輪對(duì)的導(dǎo)向能力，并改善車輛的曲線通過性能。a h m e a 最 后得出的結(jié)論是：當(dāng)輪對(duì)左右車輪的耦合力矩增大時(shí)，輪對(duì)導(dǎo)向能力增強(qiáng)， 臨界速度下降；當(dāng)輪對(duì)的耦合力矩減小時(shí)，輪對(duì)導(dǎo)向能力減弱，臨界速度上 升。這樣直線穩(wěn)定性和曲線通過性能的矛盾可以通過優(yōu)化輪對(duì)的耦合參數(shù)來 加以優(yōu)化折中。 圖1 5 磁力耦合輪對(duì) 德國m b b 公司在發(fā)展i c e 計(jì)劃時(shí)對(duì)阻尼耦合輪對(duì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，他 們研制了一種蠕滑力可控的磁力耦合輪對(duì)，如圖1 5 所示p 3 州。輪對(duì)的左右 車輪之間由一磁力元件進(jìn)行耦合，輪軌問的縱向蠕滑力可以通過磁力藕合元 件來加以控制。車輪采用磨耗型踏面，其構(gòu)架由纖維復(fù)合材料制造，如圖1 - 6 所示1 3 3 1 。這種設(shè)計(jì)的目的是：將車輛的速度提高到3 5 0 k m h 以上，減小輪軌 橫向力、降低輪軌磨耗和噪聲 圖1 6 磁力耦合輪對(duì)轉(zhuǎn)向架 通過滾動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得出：通過磁力耦合元件控制作用可以使輪軌間的動(dòng)作 第6 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 用力減小2 0 ；應(yīng)用纖維復(fù)合材料使轉(zhuǎn)向架重量減輕后，對(duì)橫向舒適性有所 改善，但并不能消除速度變化對(duì)舒適度的影響，只有采用蠕滑力可控的耦合 輪對(duì)才能減小速度變化對(duì)舒適度的影響，從而真正改善運(yùn)行中的舒適度品質(zhì)； 滾動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)還表明，傳統(tǒng)輪對(duì)在1 0 7 k m h 時(shí)就開始失穩(wěn)，而蠕滑力可控耦合 輪對(duì)在5 0 3 k m h 的速度下仍能保持穩(wěn)定。 法國g e c a l s t h o m - a c r 為了減少t g v 列車輪軌間的摩擦、滾動(dòng)阻力、 磨耗和噪聲，也開展了對(duì)耦合輪對(duì)的理論和試驗(yàn)研究，建立了彈性一阻尼耦合 輪對(duì)的非線性橫向動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)裝有阻尼耦合輪對(duì)的車輛在高速線路上 進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)，最高速度達(dá)到2 9 0 k m h 3 5 。研究結(jié)果表明：非線性 模型的計(jì)算結(jié)果與線性模型的計(jì)算結(jié)果兩者的變化趨勢(shì)是相似的：優(yōu)化兩輪 間的彈性阻尼耦合參數(shù)，可以使輪對(duì)既具有足夠的中心復(fù)原能力，又有很高 的蛇行失穩(wěn)臨界速度；在阻尼耦合輪對(duì)的線路試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)輪緣貼靠鋼軌 一側(cè)的現(xiàn)象，雖然耦合輪對(duì)的踏面錐度比傳統(tǒng)輪對(duì)大，但其臨界速度遠(yuǎn)高于 傳統(tǒng)輪對(duì)，在高速時(shí)車輛的舒適度還提高了5 0 。 我國在2 0 世紀(jì)9 0 年代也對(duì)耦合輪對(duì)有過一些探索性研究【3 6 , 3 7 1 ，當(dāng)時(shí)鐵 道部科技司以科技機(jī)( 1 9 9 5 ) 1 4 5 號(hào)文下達(dá)了獨(dú)立輪轉(zhuǎn)向架的研制任務(wù)，該項(xiàng)目 由原上海鐵道大學(xué)和銅陵車輛廠共同承擔(dān)。他們研制的獨(dú)立輪對(duì)左右車輪通 過摩擦片進(jìn)行了適當(dāng)?shù)鸟詈稀?2 0 世紀(jì)9 0 年代以來，國外研究者們對(duì)耦合輪對(duì)的研究主要集中在耦合 技術(shù)與控制技術(shù)上。除了德國的磁力耦合技術(shù)外，還有人提出過機(jī)械齒輪耦 合技術(shù)、離心力耦合技術(shù)和液壓耦合技術(shù)等設(shè)想【3 耵。西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力 國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的池茂儒博士在這種背景下，結(jié)合當(dāng)今磁流變技術(shù)的發(fā)展， 在國內(nèi)外首次提出了用磁流變來實(shí)現(xiàn)左右車輪的耦合，這種新型輪對(duì)稱為磁 流變耦合輪對(duì)，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了大量卓有成效的研究 3 9 1 本文在此 基礎(chǔ)上，以工程化應(yīng)用為目的進(jìn)行研究和探索。 1 3 磁流變耦合輪對(duì)的應(yīng)用前景 磁流變應(yīng)用于工程實(shí)際最關(guān)鍵的問題是其靜置時(shí)磁粒出現(xiàn)沉淀。本論文 發(fā)現(xiàn)了磁流變耦合輪對(duì)的耦合器對(duì)磁流變載液的特殊要求，決定采用高粘度 的鐵道車輛軸承用潤滑脂或其它粘度更高的潤滑脂作為載液，并且利用永磁 體提供初始磁場(chǎng)，使磁流變靜止時(shí)恒為類固體，這樣解決了磁流變耦合輪對(duì) 應(yīng)用中磁粒抗沉降穩(wěn)定性的問題。理論分析表明：當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，磁粒 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第7 頁 也不會(huì)出現(xiàn)由于離心力而到邊緣的現(xiàn)象，但這需要通過實(shí)驗(yàn)證明。 通過程序仿真分析，得到磁流變耦合輪對(duì)拖車和動(dòng)車在適宜的屈服應(yīng)力、 抗蛇行減振器、二系橫向液壓減振器和一系水平剛度的配合下，具有相當(dāng)高 的臨界速度，在高速鐵路上行駛時(shí)，具有優(yōu)良的橫向動(dòng)力學(xué)性能和曲線通過 性能，在我國準(zhǔn)高速線路上也具備良好的曲線通過性能，因而具有廣闊的應(yīng) 用前景。 根據(jù)本文作者于2 0 0 7 年4 底在i e l ( i e e e i e e 全文數(shù)據(jù)庫) 上搜索，國外 還沒有對(duì)磁流變耦合輪對(duì)進(jìn)行研究的報(bào)道。若作者提出的磁流變耦合器被實(shí) 驗(yàn)可行、且優(yōu)化得出的t c c t 型拖車和動(dòng)車在線路可成功運(yùn)行，則有可能是 我國在高速鐵路方面上十分有意義的一項(xiàng)創(chuàng)新工作。 1 4 本文的主要工作 本文在作者設(shè)計(jì)的磁流變耦合輪對(duì)的耦合器基礎(chǔ)上，提出了該型輪對(duì)的 拖車和動(dòng)車的設(shè)計(jì)方案，并由此對(duì)磁流變耦合輪對(duì)的拖車和動(dòng)車的動(dòng)力學(xué)性 能進(jìn)行了分析，做了以下工作： ( 1 )經(jīng)過探索和分析，發(fā)現(xiàn)了磁流變耦合輪對(duì)的耦合器對(duì)磁流變載液的 特殊要求，決定采用高粘度的鐵道車輛軸承用潤滑脂或其它粘度更高且滿足 使用要求的潤滑脂作為載液，較大直徑的純鐵粉或硅鋼粉作為磁粒，并且利 用永磁體提供初始磁場(chǎng)或恒定磁場(chǎng)，使磁流變靜止時(shí)恒為類固體，這樣解決 了磁流變耦合輪對(duì)應(yīng)用中靜止時(shí)磁?？钩两捣€(wěn)定性的問題，此方案與池茂儒 博士提出的方案完全不同。經(jīng)過理論分析，當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，磁粒也不會(huì) 出現(xiàn)由于離心力而游離到邊緣的現(xiàn)象，但這一點(diǎn)需要實(shí)驗(yàn)證明。需要指出的 是，即使發(fā)生磁粒邊緣化，只要仍能傳遞扭矩，對(duì)使用無多大的影響，這為 磁流變耦合輪對(duì)車輛應(yīng)用于工程實(shí)際創(chuàng)造了條件； ( 2 )建立了傳統(tǒng)輪對(duì)車輛，4 個(gè)輪對(duì)全為耦合輪對(duì)的車輛( t t t t 型車) ，1 、 3 位為傳統(tǒng)輪對(duì)，2 、4 位為耦合輪對(duì)的車輛( t c t c 型車) ，1 、3 位為耦合輪對(duì)， 2 、4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)的車輛( c r c r 型車) ，1 、4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)、2 、3 位為耦合 輪對(duì)的車輛( t c c t 型車) ，拖車和動(dòng)車的相互統(tǒng)一、直線和曲線的統(tǒng)一的空聞 動(dòng)力學(xué)模型，并編制了相應(yīng)的車輛動(dòng)力學(xué)仿真程序； ( 3 )通過對(duì)上述模型的動(dòng)力學(xué)分析和比較，發(fā)現(xiàn)1 、4 位為傳統(tǒng)輪對(duì)、2 、 3 位為耦合輪對(duì)的車輛較其它形式的耦合輪對(duì)車輛具有較好的動(dòng)力學(xué)性能， 并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，由此提出了只在1 、4 位傳統(tǒng)輪對(duì)上安裝驅(qū)動(dòng)裝置的 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架，這又使磁流變耦合輪對(duì)動(dòng)車組成為可能； 第8 頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 ( 4 )首次考慮了彈簧、阻尼器的兩端相對(duì)位移、相對(duì)速度、相對(duì)加速度 對(duì)剛度、阻尼系數(shù)的影響，但由于缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)沒能進(jìn)行分析： ( 5 )首次在國內(nèi)外提出了軌廓分區(qū)法。利用軌廓分區(qū)法、跡線法和輪軌 非線性接觸彈簧，在慮輪對(duì)的橫移、搖頭、側(cè)滾和浮沉4 個(gè)自由度和左右鋼 軌的橫移、浮沉和側(cè)滾各3 個(gè)自由度及左右鋼軌的橫向、垂向不平順，可全 面地考慮正常和非正常的一點(diǎn)接觸、兩點(diǎn)或多點(diǎn)接觸、甚至車輪懸浮，根據(jù) 輪軌壓縮量和非線性h e r t z 理論可直接求出各接觸處的輪軌法向力，從而能 更準(zhǔn)確地進(jìn)行機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真，尤其適合于作為車輛一軌道耦合動(dòng) 力學(xué)的輪軌接觸幾何關(guān)系子程序使用，對(duì)剛性鋼軌和傳統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)亦可。 為更加真實(shí)模擬機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能奠定了理論基礎(chǔ)。 西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第9 頁 第2 章磁流變和磁流變耦合器的方案設(shè)計(jì) 磁流變流體( 簡稱磁流變或磁流變液，m a g n e t o - r h e o l o g i a lf l u i d ，m r f ) 的發(fā)現(xiàn)，可以追溯到1 9 4 8 年，當(dāng)時(shí)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的r a b i n o w 在實(shí)驗(yàn)過程中 發(fā)現(xiàn)向流體中加入某些可磁化的顆粒，在磁場(chǎng)的作用下流體的表觀粘度會(huì)發(fā) 生很大的變化，甚至當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于某一臨界值時(shí)，流體停止流動(dòng)而達(dá)到固 化，并且保持流體自身形狀或具有一定的抗剪能力，還能表現(xiàn)出固體的屈服 現(xiàn)象，當(dāng)磁場(chǎng)消失后，又能迅速恢復(fù)到先前的狀態(tài)，并且這個(gè)過程是可逆的， 一般響應(yīng)時(shí)間為i n s 級(jí)，這種現(xiàn)象稱為磁流變效應(yīng)1