一系縱向變剛度定位裝置及其動力學影響研究.pdf

1、發(fā)展高速機車車輛是實現(xiàn)鐵路現(xiàn)代運輸和物流的重要體現(xiàn)。從動力學角度講，一方面，機車蛇行運動穩(wěn)定性是機車提速的限制因素之一，高速機車在直線線路上需要有較高的蛇行運動穩(wěn)定性。另一方面，我國鐵路既有線中曲線線路占1/3,其中包含大量的小半徑曲線。機車車輛為了適應既有線，亦需較好的曲線通過性能。研究表明，一系縱向剛度是影響機車車輛動力學性能的重要結構參數(shù)。增加一系縱向剛度可以提高蛇行失穩(wěn)臨界速度;減小一系縱向剛度，可以提高機車車輛曲線通過性能。二

2、者對一系縱向剛度的要求是矛盾的。
　　目前國內外應對該矛盾的技術措施主要有兩種，一是采用徑向轉向架技術，二是采用懸掛控制技術。徑向轉向架技術改變了傳統(tǒng)轉向架的結構，而懸掛控制則引入了控制系統(tǒng)。兩種思路均有應用實例，并且有的取得了較好的效果，但總體而言徑向轉向架技術應用更為廣泛。本文在參考前人研究成果的基礎上，提出一種新的方案，設計一種一系縱向變剛度定位裝置，可以使機車車輛一系縱向定位剛度在直線上較大而在曲線上較小，從而在一定程度上

3、緩解直線運動穩(wěn)定性和曲線通過性能對一系懸掛水平剛度形成的矛盾。
　　本文首先從理論角度出發(fā)，通過建立自由單輪對、彈性定位單輪對、轉向架的數(shù)學模型，用線性動力學方程描述了機車車輛直線和曲線運動，從理論上說明了一系縱向定位剛度對二者的影響。接著設計了一種一系縱向定位變剛度裝置，并采用模塊化思想，對該裝置檢測模塊、控制模塊、作動器模塊等主要組件進行了探討分析。確定選用導向輪對搖頭角位移作為輸入變量，明確了信號的處理方式，以及兩級“剛度-

4、角位移”特性曲線的形狀和表達式。最后以某B0-B0軸式的機車為對象，通過動力學軟件SIMPACK建立模型，且通過數(shù)學軟件MATLAB的仿真分析模塊SIMULINK建立控制模型，實現(xiàn)動力學軟件和控制軟件的聯(lián)合仿真，模擬實驗機車，并與原型機車作對比，分析了一系縱向變剛度定位裝置對機車動力學性能產生的影響。
　　分析結果表明:(1)實驗機車在直線上具有更高的蛇行失穩(wěn)臨界速度，一系縱向定位剛度較大，說明變剛度裝置可以提高機車蛇行失穩(wěn)臨界速

5、度，即提高機車直線運動穩(wěn)定性。(2)實驗機車的直線運行平穩(wěn)性與原型機車相差不大，說明變剛度裝置對提升機車直線運行平穩(wěn)性作用不大。(3)曲線工況，一系縱向定位剛度較小，輪對具有更小的沖角，更接近徑向位置。不同曲線半徑下實驗機車的輪軸橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌磨耗均小于原型機車。說明變剛度裝置可以改善機車曲線通過性能。隨著半徑增大，變剛度裝置的改善效果逐漸減弱。當半徑過大，超出調節(jié)范圍后，變剛度裝置改善效果不明顯。
　　通過聯(lián)