牵引力对机车车轮轮轨黏着性能的影响分析

为了解机车在牵引工况下轮轨的蠕滑特征,本文采用线性蠕滑理论和非线性修正方法,推导出轮轨接触的蠕滑力公式,结合磨耗型踏面的轮轨接触几何特征,采用Simpack多体动力学软件建立DF8B型三轴转向架机车动力学模型,进行动力学仿真验证。研究发现:传统转向架机车在牵引工况通过曲线时,导向轮对外侧车轮轮缘根部接触钢轨,总的蠕滑力处于饱和状态;当轮轨接触总的蠕滑力饱和时,牵引力会引起轮轨接触界面的纵向和横向蠕滑力重新分配,牵引力越大,纵向蠕滑力越大,横向蠕滑力越小。惰行工况下导向力矩最大,随着牵引力的增加,导向轮对的导向力矩逐渐减小。     

机车牵引状态下曲线通过导向特性研究

考虑车轮与钢轨的运动特性及轮周牵引力,推导出机车在牵引状态下通过曲线时的轮轨蠕滑率计算公式,并对曲线通过时的轮轨横向动态相互作用特性进行仿真计算与分析;同时研究牵引力大小对转向架导向性能的影响,对比分析了机车牵引与惰行状态下的导向性能。理论仿真分析结果表明:牵引力可以改变轮轨纵向蠕滑力的大小和方向,与惰行工况相比,牵引状态下的轮对导向力矩有所减小,轮对的自导向能力减弱,不利于曲线通过;提高牵引力,总轮轨蠕滑率将很快达到饱和状态,牵引力越大,轮轨纵向蠕滑力越大,两侧纵向蠕滑力差值越小,机车轮对自导向能力越差,轮对冲角增大,而轮轨横向蠕滑力越小;当牵引力增加到一定程度时,总轮轨蠕滑率超过极限状态,曲线通过时两侧轮径差太小而出现打滑和空转的现象。     

水介质条件下轮轨黏着特性试验研究

在JD—1轮轨模拟试验机上进行轮轨在干态工况突然加水和水介质条件下的黏着特性试验,着重研究水介质条件下不同速度、轴重以及蠕滑率对轮轨黏着的影响。结果表明:在相同的蠕滑率下,干态工况加水之后轮轨间的黏着系数较干态时的黏着系数降低了50%~60%;在水介质条件下,不论是最大黏着值还是稳定黏着值(机车实际运行黏着区),受车轮速度影响较大,黏着系数随着车轮速度的上升而降低,轴重对黏着系数的影响较小;黏着系数在达到最大值(饱和值)之前随蠕滑率的增加而线性增加,而后随蠕滑率的增加而下降,最后逐渐趋于稳定。最大黏着系数所对应的蠕滑率为0.5%左右。     

通用汽车公司机车部

自从通用汽车公司机车部(以下称EMD)在1993年推出了三轴径向转向架以后,已有3000多台采用此项技术的重载货运内燃机车投入运营。这种径向转向架应用在交流和直流传动,牵引功率范围为2940-4410kW的内燃机车上。除了在北美将该项技术应用在轴重为30t的重载机车上,EMD还在国际上将该转向架新技术应用在轴重为21t的机车上。     

独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究

独立旋转车轮能够消除轮轨间的纵向蠕滑，理论上不存在蛇行运动，故在直线上可以获得较高的临界,基曲线上可使因纵向蠕滑而产生的轮轨噪音消失。与传统轮对相比，独立旋转车轮缺乏由纵向蠕滑力而产生的导向力矩，故在曲线上无自导向功能，基本上只能靠轮缘导向。曲线通过性能是车辆动力学研究领域中的重要课题之一。车辆由直线进入曲线，特别是通过缓和曲线时，由于受到线路的各种激扰，轮轨间将产生复杂的作用力，对车辆的曲线通过性能产生极大的影响。本文建立独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，模拟实际线路，利用数值模拟方法对车辆通过曲线的全过程进行动态仿真计算，得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架曲线通过的动力学响应值。通过对两种转向架曲线通过时的轮轨横向力，脱轨稳定性及轮轨磨耗等动力学性能进行分析比较，提出了独立旋转车轮转向架曲线通过时所存在的问题。     

成果信息

交直电力机车全天候黏着控制系统交直电力机车全天候黏着控制系统是根据机车蠕滑率特性曲线,基于改善雨天黏着特性以获取较大黏着系数为指导思想,采用蠕滑率控制技术、高精度GPS技术、光电技术等,对铁路机车进行黏着控制。当需要大牵引力(如坡停起动加速工况)时,利用高精度GPS技术测取机车速度,通过快速测量,计算出机车各轮对蠕滑率对牵引力(电流)的偏微分值,判断各轮对距离黏着特性极限的分离程度,及时调控电机电流使之运行在高黏着区,在不超越极限的情况下,使机车始终能够获得较高的牵引力。     

机车车辆轮轨黏着-蠕滑问题研究

机车车辆轮轨黏着问题与机车运行存在密切关系。在其他条件不变情况下,牵引轴重必将加大滑动区面积,但随着蠕滑率的不断加大,黏着系数随着轴重增加而减少。黏着控制实质是蠕滑率控制,目的是有效识别和抑制机车空转和滑行,使机车牵引力或制动力在接近轮周牵引力峰值点工作,充分发挥轮轨可用黏着潜力,提高黏着利用率,并根据国内机车黏着利用方面存在的不足提出改进建议。     

基于虚拟样机的机车黏着控制研究

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术.建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩机械特性,对机车驱动过程进行仿真研究.提出通过检测同一转向架内不同轴之间的最大角速度差和角加速度差,实时计算轮轨黏着度,并采用模糊控制策略的黏着控制方法.仿真结果表明:在不同轨面及运行工况下,黏着控制使得轮轨有效黏着系数保持在黏着峰值,提高了机车的牵引性能;轮对的蛇行运动使得黏着控制中产生波动现象,波动频率与蛇行运动频率一致;针对不同结构参数机车和运行工况,黏着控制参数需要优化以达到最大的轮轨黏着利用率.     

对迫导式机车用三轴转向架曲线通过性能的分析研究

铁路货运提速要求有功率更大、重量更重的机车。为了不使其轴重超限，每台机车上要有２台三轴转向架或３台二轴转向架。重型机车采用迫导式转向架可以降低曲线通过时轮轨间的横向力。本文介绍了迫导式三轴转向架的曲线通过性能和运行稳定性方面的数值分析。在分析中，当该转向架的转向联杆杠杆经、转向联杆上部弹簧刚度、车轮踏面锥度、轮对支承刚度变化时，对稳定运行的车轮横向力和临界速度进行了数值验证。此外还研究了提高临界速     

独立车轮动力转向架纵向耦合蠕滑导向机理

对某型100%低地板轻轨车采用独立车轮动力转向架的导向机理进行分析。认为独立车轮动力转向架一侧的前、后2个车轮与轨道的接触处会因转向架前、后"轮对"发生横移和摇头而出现纵向蠕滑,产生纵向蠕滑力;在纵向蠕滑力矩的作用下,转向架前、后"轮对"将反向摇头和横移,从而使独立车轮转向架实现导向功能。通过定性分析、公式推导和动态仿真,论证了纵向耦合蠕滑导向理论的正确性,公式计算和动态仿真的结果均与定性分析的结论一致。纵向耦合能够使独立车轮动力转向架获得导向能力;实现纵向耦合的方式可以是机械的,也可以是电气的;纵向耦合独立车轮转向架的导向能力不如传统轮对转向架。     

独立旋转车轮轮轨接触蠕滑特性分析

分析了独立旋转车轮轮轨接触蠕滑率的计算方法,定义了车轮滚动系数,对车轮横移、摇头、曲线半径及车轮滚动系数对轮轨滚动接触蠕滑率的影响进行了详细的研究。研究结果表明:车轮蠕滑率对其横移比较敏感,同常规轮对相比,独立旋转车轮的踏面型状对其蠕滑率影响显著;车轮摇头对横向蠕滑率影响较大,但对纵向蠕滑率和自旋蠕滑率影响甚微;车轮滚动系数对纵向蠕滑率影响比较明显,对横向蠕滑率和自旋蠕滑率略有影响;曲线半径仅对独立旋转车轮的自旋蠕滑率有较大影响,对纵向蠕滑率和横向蠕滑率则影响甚微。最后,利用独立旋转车轮转向架车辆的动力学模型,验证了文中给出的蠕滑率计算方法的正确性。     

油介质条件下轮轨黏着特性的试验研究

利用JD—1轮轨模拟试验机研究轮轨受污油、污油水混合物和污油水砂子混合物3种油介质污染工况下,不同轴重和车轮速度对轮轨黏着系数的影响。结果表明:当车速为90km·h-1时,污油和污油水混合物工况时的轮轨蠕滑特性相差不大(加水之后黏着系数减小);污油和污油水混合物工况下21和23t轴重时轮轨黏着系数相差较小,而25t轴重时的黏着系数明显比21和23t轴重时的大,但轮轨表面均未出现严重的磨损;在污油水砂子混合物工况下,轮轨黏着系数显著提高,但同时大大加重了轮轨表面伤损;当轮轨受到污油和污油水污染时,轮轨黏着系数均随着车速的提高而减小。     

带径向机构的铰接式单轴转向架独立轮对导向特点分析

研究了带径向机构的铰接式单轴转向架独立轮对导向特点。理论上分析了传统轮对和独立轮对的导向原理,在SIMPACK中建立了5节编组的Talgo列车动力学模型。结合Talgo列车三角拖动式结构研究了独立轮对的对中性能。对比了带径向机构的独立轮对、不带径向机构的独立轮对以及传统轮对在曲线通过时的轮对冲角、磨耗指数、脱轨系数和车轮横向力,指出径向机构可以有效降低轮对冲角和车轮磨耗,并分析了不同轮对脱轨系数差异较大的原因。     

重载机车曲线工况下耦合连杆的载荷分析

分析了曲线工况下转向架径向机构的受力情况。首先根据DF8B内燃机车径向转向架的力学简化模型,推导出曲线工况下耦合连杆的受力公式,然后利用多体动力学软件SIMPACK建立了DF8B内燃机车的动力学模型并进行动力学仿真分析,通过仿真结果对理论公式进行验证。在此基础上,研究了运行线路的曲线半径、外轨超高、机车运行速度、轨道不平顺、机车车轮轮径以及转向架结构参数对耦合连杆载荷的影响。结果显示,机车运行速度每增加20 km/h,连杆载荷大约增加25~30 k N,连杆偏距分别增大10%、20%时,连杆载荷分别减小8.8%和16.5%。     

3轴转向架轴箱横动量配置初探

CKD_(7F)型机车是为越南铁路生产的干线客、货运米轨电传动内燃机车。机车轴式采用C0 -C0 ,轴重为13t。根据轴承的结构型式 ,一系悬挂中间轮对采用了有违传统 3轴转向架的配置。用SIMPACK动力学软件对横动量、定位刚度对机车动力学性能的影响作了定量分析 ,分析认为该配置是可行的。经过运行试验、动力学试验和运用证明机车具有良好的动力学性能和曲线通过性能。现简要介绍该转向架的一系悬挂结构、参数、主要结构特点和分析、试验结果。     

高速客车转臂式轴箱定位转向架曲线通过特性

为研究高速客车转臂式轴箱定位转向架通过曲线时的蠕滑导向性能,基于多体系统动力学及车辆的稳态曲线通过理论,分析曲线上轮对的受力特点,采用动力学软件SIMPACK计算转向架高速通过曲线轨道时的导向蠕滑力,研究转臂结构参数对转向架运动状态和轮轨蠕滑力的影响。计算结果表明,转向架以欠超高状态通过曲线时,随着转臂长度和相对于轨面倾角的增加,转臂回转导致前轮对正向摇头角明显增大,产生更大的轮轨横向蠕滑力,使轮对向曲线内侧偏移,轮对横移量逐渐由负值变为正值;后轮对正的摇头角则不断减小,横向蠕滑力随之下降,受前轮对影响,后轮对向曲线内侧移动;转臂长度超过0.2m后,转臂长度及倾角均会对转向架曲线通过性能产生明显的影响。     

机车非线性稳态曲线通过的一个实用计算方法

前言机车通过曲线时所产生的轮缘力和侧压力是检验轮缘和钢轨磨耗以及机车通过曲线安全性的极其重要的因素。我国干线内燃、电力机车大多采用三轴转向架,由于轴距长、线路小半径曲线多,因而轮缘和钢轨的磨耗严重。按照传统的摩擦中心论的计算方法,难以分析转向架结构参数对轮轨侧压力和轮缘力的影响,而蠕滑导向理论,对于大功率机车在小半径曲线区段运行尚难以应用。为此,本文提出一个实用的计算方法,将整台六轴机车用21个自由度(四轴机车为17个自由度)按稳态曲线通过模型进行描述、计算,因此能比较完整地分析转     

用于地铁列车的主动径向装置研究

[目的]地铁列车通过小半径曲线区段时会产生车轮磨耗及噪声。转向架轮对的主动径向技术作为一种理论上可以解决上述问题的有效措施,有必要对其进行深入研究。[方法]通过分析主动径向原理,确定了“径向导向”的控制目标。提出了一种用于转臂式轴箱定位转向架的可控橡胶节点装置及其控制系统,使之成为车辆的主动径向装置。阐述了该主动径向装置的主动径向导向原理,即：地铁列车运行时以信标的方式获取线路信息,径向控制器内存储有每条曲线的信息,结合列车运行速度可确定列车在曲线中位置,由此控制可控橡胶节点装置动作,进而实现轮对以径向姿态通过曲线。以列车的头车为研究对象,建立了A型地铁列车的动力学模型,对采用主动径向装置的地铁列车以60 km/h的速度通过400 m曲线半径时的通过性能进行了分析,并与传统转向架的通过性能进行对比。[结果及结论]相比于传统转向架导向轮对,主动径向转向架导向轮对的冲角和磨耗指数均大幅降低;同一转向架的两个轮对具有相近的横移量,在该位置下轮对可实现“纯滚动”;列车在小半径曲线上的通过性能有明显改善。     

32t轴重机车转向架设计方案及动力学性能分析

为了设计32t轴重机车3轴转向架,采用多刚体动力学软件SIMPACK建立了6轴机车动力学模型,先比较了单拉杆和双拉杆轴箱定位方式对机车非线性稳定性、直线运行性能和曲线通过性能的影响,研究表明机车单拉杆轴箱定位方案在直线速度60km/h以下和曲线半径小于400m时,比双拉杆轴箱定位方案具有优势;机车双拉杆轴箱定位方案在运行速度高于60km/h,曲线半径大于400m时,优于单拉杆轴箱定位方案。然后比较了单牵引杆和中心销牵引方式对机车轴重转移、直线运行性能和曲线通过性能的影响,结果说明单牵引杆可以实现最佳黏着利用率94.12%,但是采用中心销牵引方式,机车的黏着利用率也达到92%。两种机车牵引方案直线和曲线通过动力学性能差别甚微。     

重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究

钢轨润滑以及轨顶摩擦控制是重载铁路减轻钢轨侧磨以及伤损的有效措施之一。本文对比分析不同摩擦系数条件下,机车的曲线通过性能。分析结果表明,曲线外股钢轨轨距角处的润滑,有利于减小轮轨磨耗,与此同时,减小了机车的蠕滑导向力矩,从而增大了导向轮轮对冲角,轮轨横向力亦呈现增大趋势;曲线内轨轨顶摩擦系数适当减小对减小轮轨横向力起到积极作用。轮轨纵向蠕滑系数的增大,可明显提高轮对导向力矩,有利于轮对趋于径向位置,并减小横向力和轮对冲角,使得机车的曲线通过性能得到显著改善。