輪對自由橫動量對C0軸式機車動力學(xué)性能的影響

(中車資陽機車有限公司，四川 資陽 641300)

0 引言

輪對自由橫動量的大小對轉(zhuǎn)向架運行穩(wěn)定性以及通過曲線的狀態(tài)有著決定性的影響，C0軸式機車沒有傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，可以簡單理解為一個大軸距轉(zhuǎn)向架。文章以某C0軸式機車為研究對象，探討輪對自由橫動量對此類機車動力學(xué)性能的影響。

1 機車模型

本文采用的C0軸式機車模型由車體、3個驅(qū)動制動裝置、6個軸箱、3個輪對組成。無二系懸掛，一系懸掛由6個鋼簧組成，軸箱通過拉桿直接與車體相連，無垂向和橫向減振器，驅(qū)動制動裝置一端通過3點吊掛于車體下部，另一端通過齒輪箱抱于車軸上，端軸輪對與軸箱之間有3 mm的自由橫動量，中間軸輪對與軸箱之間有28 mm的自由橫動量，采用薄輪緣踏面JM3-25與60 kg/m鋼軌匹配。

C0軸式機車模型的自由度及廣義坐標(biāo)見表1，共13個剛體，總計39個自由度。圖1為機車動力學(xué)計算模型。

表1 C0軸式機車模型的自由度及廣義坐標(biāo)

圖1 C0軸式機車動力學(xué)計算模型

2 直線運行性能

分析輪對自由橫動量對機車運行穩(wěn)定性的影響，取端軸自由橫動量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動量在0～30 mm變化。由圖2可見，隨著端軸自由橫動量的增大，機車臨界速度呈下降趨勢，但是增大到2 mm后，臨界速度變化較小，而中間軸自由橫動量對機車臨界速度無影響。

機車以30 km/h速度通過軌道激勵為美國6級譜的直線時，由圖3～圖5可見，無論中間軸自由橫動量如何變化，直線運行時機車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、輪軸橫向力和脫軌系數(shù)變化較小，而端軸自由橫動量為0時略有差異，影響甚微。

圖2 輪對自由橫動量對機車臨界速度的影響

圖3 輪對自由橫動量對機車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)的影響

圖4 輪對自由橫動量對輪軸橫向力的影響

圖5 輪對自由橫動量對脫軌系數(shù)的影響

3 曲線通過性能

分析輪對自由橫動量對機車曲線通過性能的影響，選取表2所列曲線為計算工況，同樣取端軸自由橫動量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動量在0～30 mm變化。軌道激勵為美國6級譜。

表2 曲線工況設(shè)置

計算結(jié)果如表3～表6以及圖6～圖10所示，可以看出隨著中間軸自由橫動量不斷增大，導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子均不斷減小，輪對沖角變化微弱，但有增大趨勢，其中輪重減載率在中間軸自由橫動量達(dá)到17.5 mm后變化微弱。而對于端軸自由橫動量，在中間軸自由橫動量范圍在0～17.5 mm，端軸自由橫動量與導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子成反比，與輪對沖角成正比，范圍在17.5～27.5 mm，端軸自由橫動量與導(dǎo)向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪緣磨耗因子成正比，與輪對沖角成反比，大于27.5 mm后，端軸自由橫動量對機車各項動力學(xué)指標(biāo)影響微弱。

表3 端軸自由橫動量0 mm時曲線上動力學(xué)指標(biāo)

表4 端軸自由橫動量1 mm時曲線上動力學(xué)指標(biāo)

表5 端軸自由橫動量2 mm時曲線上動力學(xué)指標(biāo)

表6 端軸自由橫動量3 mm時曲線上動力學(xué)指標(biāo)

4 結(jié)語

1)增大端軸自由橫動量對機車運行穩(wěn)定性不利，造成機車臨界速度降低，但是當(dāng)達(dá)到2 mm后，影響程度減小，而中間軸自由橫動量對機車臨界速度無影響。

2)直線運行時，輪對自由橫動量對機車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、輪軸橫向力和脫軌系數(shù)變化影響甚微。

3)曲線通過時，中間軸自由橫動量對機車各項動力學(xué)指標(biāo)影響較大，增大中間軸橫動量有利于機車曲線通過，改善導(dǎo)向力和脫軌系數(shù)，降低輪緣磨耗。而端軸自由橫動量的設(shè)置應(yīng)根據(jù)中間橫動量的選取進行調(diào)整，但是當(dāng)中間橫動量大于27.5 mm，端軸自由橫動量對機車各項動力學(xué)指標(biāo)影響微弱。

4)從分析結(jié)果可以看出，現(xiàn)有C0軸式機車設(shè)置的3-28-3 mm是一個合理的選擇。