軌道除雪車工作小車動(dòng)力學(xué)性能分析研究

唐士茗

【摘 要】針對(duì)軌道除雪車工作小車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了其運(yùn)行安全性，結(jié)合線路實(shí)際情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了分析、計(jì)算，根據(jù)GB/T 5599-1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明：軌道除雪車工作小車在規(guī)定限速下的動(dòng)力學(xué)性能可滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

【關(guān)鍵詞】軌道除雪車工作小車;脫軌系數(shù);曲線;道岔;動(dòng)力學(xué)性能

中圖分類號(hào)： U216.412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0001-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.001

Research on Dynamic Performance Analysis of Track Snow Thrower Working Trolley

TANG Shi-ming

（China railway construction high-tech equipment co.，LTD.，Kunming Yunnan 650215，China）

【Abstract】Base on the structural characteristics of the working trolley of the track snow removal vehicle，in order to ensure its operational safety， the dynamic performance of the trolley is analyzed and calculated in combination with the actual conditions of the railway and relevant standards.The dynamic performance of the trolley is evaluated according to GB/T 5599-1985"Criteria for Dynamic Performance Evaluation and Test Appraisal of Railway Vehicles".The results show that the dynamic performance of the working trolley of the track snow removal vehicle under the specified speed limit can meet the requirements of relevant standards.

【Key words】Working trolley of track snow removal vehicle;Derailment coefficient;Curve;Turnout;Dynamic performance

0 引言

為了解軌道除雪車工作小車在0-60km/h的速度范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，本文在建立模型的基礎(chǔ)上，對(duì)工作小車的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算，并針對(duì)分析、計(jì)算中的結(jié)果，對(duì)小車在各工況下的速度進(jìn)行了限定。

1 基本結(jié)構(gòu)和載荷

工作小車主要受到垂向液壓油缸向下的垂向下壓力，下壓油缸施加的垂向載荷作用于軌道除雪車車架的四個(gè)角點(diǎn)ABCD，如圖1所示。除此外，還受到自身重力的作用。

2 動(dòng)力學(xué)模型

通過采用德國(guó)航空航天中心開發(fā)的SIMPACK機(jī)械/機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，對(duì)軌道除雪車的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析、計(jì)算，模型如圖2所示。

由于工作小車沒有設(shè)置一系懸掛，僅靠自身的柔性以適應(yīng)線路不平順，但SIMPACK軟件中的模型為剛體模型，為了模擬出小車的柔性，通過計(jì)算小車的一系等效垂向剛度以代替其自身柔性。

在小車的四根車軸上施加垂向載荷，即1、3位車軸施加向上的垂向載荷，2、4位車軸施加向下的垂向載荷。計(jì)算出小車車軸在垂向載荷作用下的垂向變形，通過垂向載荷除以對(duì)應(yīng)的垂向位移即可得出對(duì)應(yīng)的等效一系垂向剛度，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

為了預(yù)留一定的余量，小車垂向剛度取6.5MN/m，小車的等效一系橫向剛度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為2MN/m，一系縱向剛度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值為5MN/m。

計(jì)算參數(shù)列于表2中。

3 小車動(dòng)力學(xué)性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 5599-1985的規(guī)定和運(yùn)行的實(shí)際情況，軌道除雪車工作小車的動(dòng)力學(xué)性能使用脫軌系數(shù)和輪重減載率同時(shí)評(píng)價(jià)小車的脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 脫軌系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 5599-1985的規(guī)定，車輪脫軌系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：

第一限度： ≤1.2，第二限度： ≤1.0（1）

式中：Q—爬軌側(cè)車輪作用于鋼軌上的橫向力，kN;

w—爬軌側(cè)車輪作用于鋼軌上的垂向力，kN。

3.2 輪重減載率標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 5599-1985的規(guī)定，輪重減載率按以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定：

第一限度： ≤0.65，第二限度： ≤0.6（2）

式中：ΔP—輪重減載量，kN;

—增載和減載側(cè)車輪的平均輪重，kN。

4 軌道除雪車工作小車在直線上的運(yùn)行安全性

在美國(guó)V級(jí)譜線路條件上運(yùn)行時(shí)，在60km/h速度范圍內(nèi)，軌道除雪小車的脫軌系數(shù)均小于1，輪重減載率均小于0.65，滿足GB/T 5599-1985的要求，但為了增大安全裕量，建議最好以55km/h以下速度運(yùn)行。

5 軌道除雪小車曲線運(yùn)行安全性

5.1 曲線參數(shù)設(shè)置

根據(jù)《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》，曲線最大欠超高為70mm，困難地段為90mm。根據(jù)線路軌距、車輛運(yùn)行速度V與曲線半徑R、超高h(yuǎn)、欠超高h(yuǎn)d有如下關(guān)系：

V= = （3）

由于軌道除雪小車運(yùn)行速度低，且在曲線上運(yùn)行時(shí)一般處于過超高狀態(tài)，其按欠超高設(shè)置曲線不符合實(shí)際線路情況，故結(jié)合《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)置曲線參數(shù)見表4。

5.2 曲線半徑R250m，外軌超高從180mm→30mm

從以上的計(jì)算結(jié)果可知，雖然軌道除雪小車在曲線半徑R250m，不同超高曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.2，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求，但在超高大于100mm，速度高于30km/h時(shí)其輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求。在半徑為R250m的曲線上運(yùn)行時(shí)，建議在外軌超高小于h100mm，速度不超過20km/h的曲線線路上運(yùn)行。

5.3 曲線半徑R300m，外軌超高h(yuǎn)100mm

軌道除雪小車在曲線半徑R300m，外軌超高h(yuǎn)180mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.2，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在30km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到30km/h運(yùn)行。

5.4 曲線半徑R400m，外軌超高h(yuǎn)100mm

軌道除雪小車在曲線半徑R400m，外軌超高h(yuǎn)100mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.2，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在30km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到30km/h運(yùn)行。

5.5 曲線半徑R600m，外軌超高h(yuǎn)80mm

軌道除雪小車在曲線半徑R600m，外軌超高h(yuǎn)80mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.2，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在30km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到30km/h運(yùn)行。

5.6 曲線半徑R800m，外軌超高h(yuǎn)60mm

軌道除雪小車在曲線半徑R800m，外軌超高h(yuǎn)60mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.2，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在30km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到30km/h運(yùn)行。

5.7 曲線半徑R1200m，外軌超高h(yuǎn)50mm

軌道除雪小車在曲線半徑R1200m，外軌超高h(yuǎn)50mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在30km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到30km/h運(yùn)行。

5.8 曲線半徑R1600m，外軌超高h(yuǎn)35mm

軌道除雪小車在曲線半徑R1600m，外軌超高h(yuǎn)35mm曲線線路運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求;但在45km/h以上速度運(yùn)行時(shí)，輪重減載率始終大于0.65，不滿足GB/T 5599-1985的要求，故在實(shí)際線路上應(yīng)降速到45km/h及以下速度運(yùn)行。

5.9 曲線半徑R2000m，外軌超高h(yuǎn)180mm

軌道除雪小車在曲線半徑R2000m，外軌超高h(yuǎn)180mm曲線線路以60km/h及以下速度運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，輪重減載率均小于0.6，滿足GB/T 5599-1985的要求。

5.10 曲線半徑R2500m，外軌超高h(yuǎn)180mm

軌道除雪小車在曲線半徑R2500m，外軌超高h(yuǎn)180mm曲線線路以60km/h及以下速度運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，輪重減載率均小于0.6，滿足GB/T 5599-1985的要求。

5.11 曲線半徑R2800m，外軌超高h(yuǎn)180mm

軌道除雪小車在曲線半徑R2800m，外軌超高h(yuǎn)180mm曲線線路以60km/h及以下速度運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，輪重減載率均小于0.6，滿足GB/T 5599-1985的要求。

5.12 曲線半徑R3500m，外軌超高h(yuǎn)180mm

軌道除雪小車在曲線半徑R3500m，外軌超高h(yuǎn)180mm曲線線路以60km/h及以下速度運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，輪重減載率均小于0.6，滿足GB/T 5599-1985的要求。

6 軌道除雪小車通過道岔時(shí)的安全性

根據(jù)鐵路技術(shù)管理規(guī)程，我國(guó)鐵路常用的小號(hào)道岔有9號(hào)（最高通過速度30km/h）和12號(hào)（最高通過速度45km/h）。

從以上的計(jì)算結(jié)果可知，雖然軌道除雪小車在通過9號(hào)道岔時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求，但在速度為30km/h時(shí)其輪重減載率將大于0.6的安全限度，但小于0.65的容許限度，因此，為確保除雪小車的運(yùn)行安全，建議在通過9號(hào)道岔時(shí)，應(yīng)以25km/h以下速度運(yùn)行。

從以上的計(jì)算結(jié)果可知，雖然軌道除雪小車在通過12號(hào)道岔時(shí)脫軌系數(shù)均小于1.0，滿足GB/T 5599-1985對(duì)脫軌系數(shù)的要求，但在速度為45km/h時(shí)其輪重減載率將大于0.6的安全限度，但小于0.65的容許限度，因此，為確保除雪小車的運(yùn)行安全，建議在通過12號(hào)道岔時(shí)，應(yīng)以30km/h以下速度運(yùn)行。

7 結(jié)論以及軌道除雪小車安全運(yùn)行速度總結(jié)

根據(jù)以上不同工況的計(jì)算，建議各工況下軌道除雪車工作小車的安全運(yùn)行速度如表25所示。

本文根據(jù)GB/T 5599-1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，對(duì)軌道除雪車工作小車在直線、既有線路和高鐵線路的緩和曲線和圓曲線、道岔上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明直線上安全性指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在既有線路的曲線和道岔上需要根據(jù)不同曲線半徑、不同超高按一定速度限速運(yùn)行，在高鐵線路上以設(shè)計(jì)速度通過曲線時(shí)各項(xiàng)安全性指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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