HXD2C型机车钩尾框异常磨耗原因分析及改进措施

为研究HX_D2C型电力机车车钩钩尾框异常磨耗现象，基于现场调研和列车跟踪测试，通过监测重联机车在运行过程中车钩及钩尾框的状态，即测量车钩受力状态，车钩垂向、横向摆角，车钩垂向位移以及视频监控前从板-预压板与钩尾框之间的间隙情况，选取13处典型时段的列车测试及运行数据，分析钩尾框发生异常磨耗原因及改进措施。研究结果表明：钩尾框的异常磨耗现象与重联机车车钩初始钩高差、车钩运动姿态、线路条件和列车不同操纵工况下的缓冲装置持续受力状态有关；通过在前从板-预压板与钩尾框之间涂抹润滑剂，焊接限位块或者减小钩尾框框身与车钩箱顶部限位板之间的间隙等措施，可避免前从板-预压板与钩尾框产生直接接触，达到抑制钩尾框异常磨耗的目的。     

重载机车车体的设计原则与结构特点

从列车重载牵引对机车的特殊要求出发,提出了重载机车车体的设计原则;以HXD2B型电力机车车体的结构设计为例,详细阐明了重载机车车体的结构特点;基于有限元分析环境,分析了重载车体的强度、刚度以及车内设备安装紧固件强度,通过试验表明:这些设计原则和分析方法满足重载机车车体的设计要求。     

曲线通过时车钩偏角对机车车体横向载荷的影响

为分析曲线通过时车钩偏角对机车车体横向载荷的影响,建立机车与车辆的连挂关系,导出车钩偏角随曲线半径、车体长度、车钩长度、车体横移量变化的关系,构建单机和双机牵引机车车体的通用载荷方程,并考虑机车定距和二系簧横向等效刚度的影响,运用牛顿迭代法导出车体一、二位端的二系横向载荷。分析结果显示,车钩偏角对车体二位端所产生的二系横向力比一位端大;双机牵引时二位端的二系横向力比单机牵引时大,而一位端的二系横向力相差不大;曲线半径、车体及车钩长度、车体横移量和机车定距对二位端的二系横向力影响较大,对一位端的影响较小;二系簧与止挡合成横向等效刚度对二系横向力的影响较小。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。     

HX_N5型机车用102型车钩的研制

根据美国AAR E型机车车钩以及国内机车车钩结构的特点,设计了HXN5型机车用102型车钩。文中对车钩结构不同于上述车钩的部分进行了有限元分析和试验验证,试验结果表明,研制的102型车钩满足技术要求。     

SS_(3B)型电力机车长大下坡道稳钩能力分析

针对机车制动时的脱轨现象,研究纵向压钩力作用下13号车钩的稳钩原理。以4台SS3B型机车建立多机重联牵引3 000 t货物列车的动力学模型,机车车辆间的连接采用13号车钩,对其在30‰坡度长大下坡道上的稳钩能力进行分析。研究表明:采用止挡限位方式提供稳钩力矩的13号车钩,在其水平摆动到止挡位置后,其连接形成刚性的接触,当车钩受压时易导致机车的轮轴横向力和脱轨系数峰值瞬间增大,但持续作用的轮轴横向力和脱轨系数均在安全限制以内。结果表明,采用13号车钩的SS3B型电力机车在30‰坡道上能承受的最大纵向压钩力在1 100 kN左右。结论指出,列车制动时产生的纵向压钩力会导致机车车轮发生偏磨现象。     

SS4B型电力机车（5）—车体

ＳＳ４Ｂ型电力机车车体在ＳＳ４改进型机车车体的基础上，对主要承载件进行了结构改进，车体底架下部沿车钩中心考虑承受２４５０ｋＮ的静压力，以满足国内外招标车的要求，文章主要介绍了ＳＳ４Ｂ型电力机车车体结构。     

2万t重载组合列车的从控机车运行安全性仿真研究

用自主研制的纵向动力学仿真软件及多体动力学仿真软件SIMPACK,建立大秦线1+1编组的2万t重载组合列车从控机车纵横向耦合动力学模型,并以实测线路不平顺为输入,验证模型的准确性.应用该模型,分析常用全制动和紧急制动工况下LOCOTROL延迟时间为2.0和2.5s时从控机车的横向运行安全性.结果表明:在常用全制动和紧急制动工况下,从控机车的轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率等指标随时间的变化规律基本相同,车钩力对机车A节各项安全指标的影响较B节明显;同一工况下,LOCOTROL延迟时间越长,从控机车的轮轨横向力和脱轨系数越大;紧急制动工况下从控机车的轮轨横向力、脱轨系数均比常用全制动工况大;为确定合理的车钩自由角,需要综合考虑机车的横向运行安全性和相邻机车车体之间的振动耦合作用.     

大秦线重载列车中机车安全性的探索

介绍了大秦线重载组合列车运营模式及纵向冲动特点,提出了重载机车安全性参数及钩缓装置设计原则,阐述了车钩对中控制和车钩摆角的实现或选取方法.     

重载机车曲线通过时车钩偏转行为研究

对机车车钩的钩头轮廓曲线进行数据离散,采用多体动力学软件SIMPACK反演得到钩头的轮廓曲面,建立1对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,与钩肩、止档及钩尾摩擦副模型,融合非线性缓冲器模型建立13A/QKX-100和DFC-E100型2种典型重载机车钩缓装置模型.仿真分析重载机车通过曲线时车钩的偏转行为,并与静态计算结果对比.结果表明:由传统的车钩转角静态计算方法只能计算理想状态下的车钩钩体中心线相对于车体中心线的转角(钩体转角);受钩头间的相对转角(钩头转角)及轨道曲率变化、不平顺等线路状况的影响,实际的钩体转角比静态计算结果大;机车曲线通过时钩缓装置的主要运动是钩体相对车体的转动,当钩体转角处于自由转角范围内时钩头转角较小,一般不超0.16°;当钩体转角达到自由转角且有继续增大的趋势时钩头间会产生明显的相对转动进行补偿,以使机车顺利通过曲线.     

102型车钩与重载机车二系悬挂参数匹配研究

机车二系悬挂参数对重载车钩受压稳定性影响显著，为了探究102型车钩与重载机车二系悬挂参数的合理匹配，文章利用SIMPACK软件建立了详细的102车钩与HXD1型八轴重载机车组成的双机重联动力学模型，分析了不同计算工况下车钩力学特性与重载机车的安全性能；对比了不同车钩自由角及纵向力作用下，二系悬挂参数对机车安全性的影响。结果表明：当纵向压力较小时车钩转角稳定在自由角，机车轮轴横向力随车钩自由角及机车二系悬挂横向刚度增大而增大，与车钩纵向力无关。当纵向车钩压力增大到车钩需克服复原块预压缩载荷发生偏转时，车钩转角进一步增大，此时适当增加机车二系横向刚度有利于车钩稳定且影响较小。为保障制动工况下列车的运行安全，建议控制车钩自由角在6°以内，转向架单侧二系横向刚度范围在0.45～0.60 kN/mm；二系横向止挡间隙选择35 mm自由间隙及5 mm弹性间隙。     

SS4B型机车车体的改进设计

对SS4B型机车车体结构作了简要介绍,分析了SS4B型机车车体设计中的一些不足之处,提出了相应的改进措施,并将其应用到新造SS4B型机车车体设计中。     

连挂车辆几何曲线通过计算

采用车辆动态包络线计算方法,得到车体在转向架中心销位置的横向和垂向偏移量。采用几何计算结合绘图法,得到车辆通过不同曲线时的姿态。以前后两车间车钩长度为变量,迭代得到设定的车钩长度,从而确定并绘制出前后连挂车辆的姿态。得到车钩摆臂角、风挡折角等参数,通过作图法可以得到车间连接件的姿态以及车间距离。分析了车辆连挂状态通过圆曲线、S型曲线等工况下,车辆处于曲线不同纵向位置时,最大车钩摆臂角及极限车间距。从分析结果可见,在相同的曲线半径下,车辆连挂通过圆曲线时达到车间极限距离;通过S型曲线时达到车钩最大摆臂角。车辆在曲线上的纵向位置对车间连接姿态影响很大。     

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。     

承受纵向压力时HXD2型重载机车动力学问题研究

针对HXD2型重载机车牵引试验中安全性指标超限的问题,对DFC-E100型钩缓装置及其原型车钩受纵向制动压力下的作用原理进行了分析,根据DFC-E100型钩缓装置的试验数据建立了车钩动力学模型,并将其应用到两台HXD2机车牵引重载列车的分析模型中,对承受纵向压力时重载机车的动力学问题进行研究.结果表明大摆角车钩必须具有对中复位功能;纵向压钩力和对中复位功能对机车轮缘磨耗有显著影响.     

纵向力作用下重载机车运行安全性试验

为研究纵向力作用下重载机车运行安全性,通过对比分析重载机车在不同线路工况、不同车钩力状态、不同车钩转角下的动力学性能,得到了纵向力作用下重载机车运行安全性与车钩力状态、线路工况以及车钩转角的对应关系。结果表明:机车运行安全性指标随着线路曲率的增大而增大;机车在曲线上运行时,在压钩力作用下的机车运行安全性指标明显增大;压钩力作用时无论在直线还是在曲线线路上,机车车钩都会出现不同程度的水平偏转,车钩角明显增大。建议在纵向力作用下重载机车通过小半径曲线时要合理控制机车再生制动力,从而避免出现机车车钩受压失稳的危险。     

基于CATIA软件的列车过小曲线运动仿真校核

介绍一种基于CATIA软件中DMU模块进行列车过小曲线时运动仿真校核的方法,主要校核车辆连挂通过曲线时车体端墙或司机室前罩之间的最小距离及车钩摆角。相对于传统的几何绘图方法,此方法更加方便、形象、准确。     

组合列车装用13A/QKX100钩缓的中间机车承压能力分析

为研究重载组合列车中的中间机车承压能力,在分析13A/QKX100钩缓系统工作原理的基础上,建立了具有非线性迟滞特性的弹性胶泥缓冲器及具有钩尾摩擦弧面的车钩仿真模型。采用由1台HXD1八轴机车及2节C80货车组成的列车模型,分析了不同特性钩缓系统的承压动态表现,并研究了配备不同特性钩缓系统时中间机车的承压能力。研究结果表明:对于没有摩擦稳钩作用的车钩,中间机车轮轴横向力最大值随纵向压钩力及车钩自由角的增大而增大,但当车钩自由角较小时轮轴横向力相对纵向力的增大不明显;当车钩自由角小于6°时或钩缓系统具有摩擦稳钩作用时中间机车的承压能力大于2 500 kN。     

102型钩缓装置重载适应性研究

在分析重载机车102型钩缓装置结构特点的基础上，明确其受拉状态下最大自由转角大于受压状态的特点；通过唐包线重载列车实车试验数据，评价102型钩缓装置在双机重联牵引运用环境下区间运行和侧向通过12号道岔工况下的重载适应性，分析车钩最大自由转角和机车二系悬挂横向刚度对重载机车安全性的影响；采用加权离散方法，建立可模拟车钩钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学子模型，基于此搭建机车位于双机重联位和中部从控位的列车动力学模型并进行验证，仿真分析102型钩缓装置在组合编组运用环境下的重载适应性。结果表明：102型钩缓装置能够适应双机重联牵引单元万吨列车的安全运用要求，在侧向通过道岔时具有较好的线路曲线方向跟随性；机车二系悬挂刚度、车钩最大受压自由转角对机车运行安全性具有明显影响；在满足现场车钩连挂需求的前提下合理控制车钩最大受压自由转角，102型钩缓装置能够适应双机组合牵引2万t列车的安全运用要求。     

CRH2型动车组用过渡车钩的研制

目前CRH₂型动车组都采用密接式钩缓装置,但是既有机车所配备的几乎都是15号车钩,这对利用机车救援或者回送动车组带来难题。文中通过对2种不同型式车钩的分析,提出了过渡车钩设计的技术难点,阐述了过渡车钩的结构设计和联挂原理,并利用ANSYS有限元分析软件对其进行了强度计算分析,最后通过试验验证了过渡车钩的设计可靠性,并通过了线路运用考核实现批量供货。过渡车钩的开发解决了路局动车组救援或回送的难题。