輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)C0軸式機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能的影響

(中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司，四川 資陽(yáng) 641300)

0 引言

輪對(duì)自由橫動(dòng)量的大小對(duì)轉(zhuǎn)向架運(yùn)行穩(wěn)定性以及通過(guò)曲線的狀態(tài)有著決定性的影響，C0軸式機(jī)車沒(méi)有傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)大軸距轉(zhuǎn)向架。文章以某C0軸式機(jī)車為研究對(duì)象，探討輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)此類機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能的影響。

1 機(jī)車模型

本文采用的C0軸式機(jī)車模型由車體、3個(gè)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)裝置、6個(gè)軸箱、3個(gè)輪對(duì)組成。無(wú)二系懸掛，一系懸掛由6個(gè)鋼簧組成，軸箱通過(guò)拉桿直接與車體相連，無(wú)垂向和橫向減振器，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)裝置一端通過(guò)3點(diǎn)吊掛于車體下部，另一端通過(guò)齒輪箱抱于車軸上，端軸輪對(duì)與軸箱之間有3 mm的自由橫動(dòng)量，中間軸輪對(duì)與軸箱之間有28 mm的自由橫動(dòng)量，采用薄輪緣踏面JM3-25與60 kg/m鋼軌匹配。

C0軸式機(jī)車模型的自由度及廣義坐標(biāo)見(jiàn)表1，共13個(gè)剛體，總計(jì)39個(gè)自由度。圖1為機(jī)車動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型。

表1 C0軸式機(jī)車模型的自由度及廣義坐標(biāo)

圖1 C0軸式機(jī)車動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型

2 直線運(yùn)行性能

分析輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，取端軸自由橫動(dòng)量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動(dòng)量在0～30 mm變化。由圖2可見(jiàn)，隨著端軸自由橫動(dòng)量的增大，機(jī)車臨界速度呈下降趨勢(shì)，但是增大到2 mm后，臨界速度變化較小，而中間軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車臨界速度無(wú)影響。

機(jī)車以30 km/h速度通過(guò)軌道激勵(lì)為美國(guó)6級(jí)譜的直線時(shí)，由圖3～圖5可見(jiàn)，無(wú)論中間軸自由橫動(dòng)量如何變化，直線運(yùn)行時(shí)機(jī)車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、輪軸橫向力和脫軌系數(shù)變化較小，而端軸自由橫動(dòng)量為0時(shí)略有差異，影響甚微。

圖2 輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車臨界速度的影響

圖3 輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)的影響

圖4 輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)輪軸橫向力的影響

圖5 輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)脫軌系數(shù)的影響

3 曲線通過(guò)性能

分析輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車曲線通過(guò)性能的影響，選取表2所列曲線為計(jì)算工況，同樣取端軸自由橫動(dòng)量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動(dòng)量在0～30 mm變化。軌道激勵(lì)為美國(guó)6級(jí)譜。

表2 曲線工況設(shè)置

計(jì)算結(jié)果如表3～表6以及圖6～圖10所示，可以看出隨著中間軸自由橫動(dòng)量不斷增大，導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子均不斷減小，輪對(duì)沖角變化微弱，但有增大趨勢(shì)，其中輪重減載率在中間軸自由橫動(dòng)量達(dá)到17.5 mm后變化微弱。而對(duì)于端軸自由橫動(dòng)量，在中間軸自由橫動(dòng)量范圍在0～17.5 mm，端軸自由橫動(dòng)量與導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子成反比，與輪對(duì)沖角成正比，范圍在17.5～27.5 mm，端軸自由橫動(dòng)量與導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子成正比，與輪對(duì)沖角成反比，大于27.5 mm后，端軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)影響微弱。

表3 端軸自由橫動(dòng)量0 mm時(shí)曲線上動(dòng)力學(xué)指標(biāo)

表4 端軸自由橫動(dòng)量1 mm時(shí)曲線上動(dòng)力學(xué)指標(biāo)

表5 端軸自由橫動(dòng)量2 mm時(shí)曲線上動(dòng)力學(xué)指標(biāo)

表6 端軸自由橫動(dòng)量3 mm時(shí)曲線上動(dòng)力學(xué)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

1)增大端軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車運(yùn)行穩(wěn)定性不利，造成機(jī)車臨界速度降低，但是當(dāng)達(dá)到2 mm后，影響程度減小，而中間軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車臨界速度無(wú)影響。

2)直線運(yùn)行時(shí)，輪對(duì)自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、輪軸橫向力和脫軌系數(shù)變化影響甚微。

3)曲線通過(guò)時(shí)，中間軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)影響較大，增大中間軸橫動(dòng)量有利于機(jī)車曲線通過(guò)，改善導(dǎo)向力和脫軌系數(shù)，降低輪緣磨耗。而端軸自由橫動(dòng)量的設(shè)置應(yīng)根據(jù)中間橫動(dòng)量的選取進(jìn)行調(diào)整，但是當(dāng)中間橫動(dòng)量大于27.5 mm，端軸自由橫動(dòng)量對(duì)機(jī)車各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)影響微弱。

4)從分析結(jié)果可以看出，現(xiàn)有C0軸式機(jī)車設(shè)置的3-28-3 mm是一個(gè)合理的選擇。