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1、文章编号：（）轴重机车横向止挡参数优化分析宋昊，罗贇，王坤全（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 ；中国南车集团资阳机车有限公司，四川资阳 ）摘要为了研究一、二系横向止挡非线性特性对 大轴重机车动力学性能的影响，基于多刚体动力学软件 建立了轴机车动力学模型，在实车模型基础上通过对机车在不同工况下运行的动力学性能进行分析，得到横向止挡弹性间隙和止挡刚度的合理范围。研究结果表明：通过考察稳定性、直线运行性能和曲线通过性能，可以得出一系端轴横向弹性间隙和止挡刚度分别在以及 范围内；一系中间轴弹性间隙取 ，二系横向止挡间隙和刚度分别在 以及 范围内。关键词大轴重机车；动力学；参数优化；横向止
2、挡中图分类号：文献标志码：随着我国铁路的发展，实现重载运输以及适当提速是提高铁路运输能力的有效途径，要达到牵引重载列车的要求，机车必须具有非常大的牵引力，而增加轴重是提高机车牵引力的有效方式之一，我国正在大秦线上运行的、大功率机车采用了 轴重，国内已经研发了大轴重货车转向架。轴重的增加有效地提高了机车的牵引力，也带来了诸如轮轨力增大等一系列技术问题。合理的机车设计参数可以尽可能降低轮轨动作用力。此前有文献 针对、不同轴重以及一二系悬挂参数对重载机车动力学性能的影响进行了理论分析。文献 针对巴西铁路对 以上轴重机车的需求，在比较了单拉杆和双拉杆轴箱定位方式，以及单牵引拉杆和中心销牵引方式的动力学
3、性能基础上，提出了 轴重机车轴转向架初步设计方案。文献 对 轴重机车的转向架总体方案进行了探讨。本文在文献 基础上，进一步从参数优化的角度分析了一系横向弹性间隙和止挡刚度，以及二系止档结构参数对大轴重机车动力学性能的影响，得到合理的参数范围，以实现机车稳定性、直线平稳性以及曲线通过性能的理想配置，为大轴重机车转向架设计提供参考。计算模型 轴式内燃机车由车体、台构架、台牵引电动机和个轮对组成。由于机车运用线路较差（考虑巴西铁路线路条件和运行状况），因此 轴转向架机车采用一系软二系硬的悬挂装置，一系悬挂由钢圆弹簧、轴箱拉杆以及垂向减振器组成；二系悬挂为点支撑的橡胶堆配横垂向减振器。机车的具体结构、
4、自由度及广义坐标参见文献，机车采用单轴箱拉杆和中心销牵引，图是在 中建立的轴机车物理模型。轨道不平顺按差功率谱转换的时域随机不平顺线路，横向不平顺比 略好，垂向不平顺比 略差。图是机车一二系横向止挡示意图以及一系横向止 挡非线性特性曲线。（）图中 为机车轴箱自图机车在 中的物理模型构架横梁；一系止挡；轴箱；车轴；车轮。图（）一系横向止挡示意图宋昊（）女，四川成都人，硕士生（修回日期：）第 卷第期 年月 铁 道 机 车 车 辆 车体；二系止挡；转向架构架；一系止挡；轴箱；车轴；车轮。图（）二系横向止挡示意图图（）一系横向止挡非线性特性由间隙，轮对和构架间相对位移超过弹性间隙后，一系止挡开始作用。
5、一系弹性间隙和止挡刚度优化分析通过在轴端设置弹性横动装置有助于改善机车动力曲线通过性能，但对机车直线运行性能也有一定的影响，机车直线运行时计算结果表明，一系横向止挡处最大位移已经远远超过轴箱自由间隙，因此需要通过研究一系弹性间隙和止挡刚度的不同参数值对机车动力学性能的影响，得到相对最优值。端轴一系横向弹性间隙和弹性止挡刚度首先分析一系横向弹性间隙和弹性止挡刚度对机车直线运行性能的影响。由于机车运用线路较差，通常最高运用速度仅为 ，因此直线工况分析采用 的速度。图是机车直线运行时，端轴横向弹性间隙在，止挡刚度在 范围内的计算结果。结果表明横向平稳性指标略微有变化，间隙在 左右指标最小，影响幅度在
6、以下，轮轴横向力在 时最大，横向力影响幅度在 以内。图端轴一系横向弹性间隙和止挡刚度对机车直线性能的影响图端轴一系横向弹性间隙对机车 曲线通过性能的影响图是机车以均衡速度（未平衡离心加速度，速度为 ）通过超高、缓和曲第期 轴重机车横向止挡参数优化分析 线、圆曲线 、半径 曲线时，端轴横向弹性间隙在范围内的计算结果。结果表明，间隙变化对横向平稳性指标、脱轨系数以及摇头角影响甚微，对轮轴横向力略有影响，间隙在 左右轮轴横向力最大，摇头角最小。图是在机车以均衡速度通过超高，圆曲线 ，半径 曲线时，端轴横向弹性间隙，横向弹性止挡刚度在 范围内的计算结果。结果说明，减小横向弹性止挡刚度可以降低轮轴横向力
7、和脱轨系数，当横向弹性止挡刚度小于 后影响减弱。图端轴一系横向弹性止挡刚度对机车 曲线通过性能的影响通过以上计算，建议端轴横向弹性间隙在，止挡刚度在 范围内。中间轴一系横向弹性间隙由于该机车主要运用在小半径低速条件，因此分析中间轴一系横向弹性间隙对小半径曲线通过性能的影响。机车以均衡速度通过超高，圆曲线 ，半径 曲线时，中间轴横向弹性间隙的变化对最大轮轴横向力和脱轨系数影响较大，计算结果见图。结果说明，增大中间轴横向弹性间隙可以降低轮轴横向力和脱轨系数，当间隙大于 后影响减弱，间隙大于 后影响甚微。因此建议一系横向弹性间隙取 。二系横向止挡参数对动力学性能的影响在车体和转向架间设置二系横动装置
8、，能缓和不平顺曲线对机车的冲击。二系止挡自由间隙设置为，直线运行时二系横向止挡处最大位移为，说明直线上二系止挡不接触，止挡自由间隙设置是合理的。通过曲线轨道时，车体与构架横向相对位移大，容易达到止挡间隙，因此选取机车以 速度通过超高 的 半径具有差不平顺的曲线工况进行分析。由于二系横向止挡承受的冲击力为低频力，经一系悬挂衰减后，对轮轨动态相互作用的影响甚微，因此主要考虑二系横向止挡弹性间隙和刚度对止挡处的横向位移和作用力的影响。图表明二系横向止挡弹性间隙小于 时，随着间隙的减小，止挡变形减少，但是止挡横向作用力迅速增大。当间隙大于 后，随着弹性止挡刚度的增加，止挡变形减小，但是止挡横向作用力增
9、大。止挡刚度为 时，间隙大于，止挡弹性间隙完全用完。此时圆曲线上止挡处变形量的均值为 左右，可见止挡自由间隙设置合理。图中间轴一系横向弹性间隙对机车 曲线通过性能的影响 铁 道 机 车 车 辆 第 卷图 半径二系横向止挡间隙和刚度对止挡横向位移和作用力的影响结论通过对 轴重机车转向架轴端间隙以及横向止挡结构参数进行优化分析，可以得出以下结论：（）一系端轴横向弹性间隙和止挡刚度对车辆横向平稳性、脱轨系数、轮轴横向力以及摇头角均有不同程度的影响，但对前项影响很小，对轮轴横向力影响较大。建议端轴横向弹性间隙在，止挡刚度在 。（）由于该机车主要运用在小半径低速条件，因此分析机车通过半径 曲线时中间轴一
10、系横向弹性间隙对轮轴横向力和脱轨系数的影响，得到参数范围 。（）通过分析直线和曲线运行时，二系止挡处的横向位移和横向力，得到二系止挡自由间隙，弹性间隙范围 ，以及止挡刚度范围 。以上结果表明横向止挡影响大轴重机车的动力学性能，因此研究止挡动力学参数具有重要意义。止挡参数优化分析也为大轴重机车的设计研究提供了参考。参考文献邵文东，董黎生，兆文忠，谢素明出口澳大利亚 轴重货车转向架的研制铁道车辆，（）：杜建华，陈康轴重及悬挂参数对大功率六轴交流传动机车运行平稳性的影响内燃机车，（）：王坤全，罗赟，张红军 轴重机车转向架设计方案及动力学性能分析铁道机车车辆，（）：王坤全 大轴重交流传动机车转向架方案探讨铁道机车车辆，（）：鲍维千机车总体及转向架北京：中国铁道出版社，刘建新，王开云，封全保机车车辆二系横向止挡结构参数西南交通大学学报，（）：，（，；，）：，：，：；第期 轴重机车横向止挡参数优化分析