機車黏著極限態(tài)動態(tài)特征研究.pdf

1、目前我國重載列車的牽引噸位已達2萬噸，隨著9600 kW大功率機車投入使用，當軌道表面黏著條件較差，以及在曲線通過時牽引黏著力降低的條件下，機車牽引功率的充分發(fā)揮，受到輪軌間有效黏著利用的限制。黏著不足時輪對會產(chǎn)生剛性滑動現(xiàn)象，輪軌間的黏滑振動狀態(tài)將影響機車黏著牽引，并產(chǎn)生復雜的動力學問題。研究輪軌黏著利用極限態(tài)時機車的動態(tài)性能，揭示黏著極限態(tài)機車的典型振動機理，合理匹配轉(zhuǎn)向架參數(shù)，使機車充分發(fā)揮輪軌黏著性能并有效地改善驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)作用

2、力。對鐵路機車重載牽引具有理論意義和工程應用價值。本文的主要工作如下：
　　 (1)為了更好地表達機車打滑的物理過程，提出滑動率概念，通過引入摩擦系數(shù)的溫度影響系數(shù)F，以及Kalker權(quán)重系數(shù)K，修正小自旋非線性輪軌切向力計算程序，可得到不同軌面黏著條件時輪軌的黏滑特性曲線，能夠體現(xiàn)機車驅(qū)動動力學研究中輪軌切向力特點。
　　 (2)建立單輪對驅(qū)動系統(tǒng)的簡化動力學模型，根據(jù)平均滑動率和動態(tài)滑動率分析了黏著極限條件下輪對的黏

3、滑振動穩(wěn)定性及黏滑振動過程中輪對縱向振動規(guī)律。結(jié)果表明輪對黏滑振動穩(wěn)定性取決于輪軌切向力系數(shù)的梯度特性，減小輪軌平均滑動率和動態(tài)滑動率是增加黏滑振動穩(wěn)定性和提高機車恢復黏著能力的最根本途徑。黏滑振動時，當輪對縱向振動頻率為驅(qū)動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)固有頻率整數(shù)倍時，輪對縱向振動發(fā)生共振，并且為2倍時共振振幅最大。
　　 (3)研究機車打滑時驅(qū)動系統(tǒng)及輪對的自激振動，分析黏滑特性曲線梯度特性對驅(qū)動系統(tǒng)振動穩(wěn)定性以及振動頻率的影響。結(jié)果表明機車打

4、滑過程中，輪軌黏著負斜率特性將使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，振動能量增加，并且激發(fā)出振動系統(tǒng)具有固有振動頻率的振動。
　　 (4)建立彈性定位單輪對橫向穩(wěn)定性分析模型，考慮輪軌平均滑動率影響，研究了驅(qū)動工況下單輪對橫向穩(wěn)定性的基本規(guī)律。結(jié)果表明由于輪軌黏著的飽和特性，驅(qū)動工況下輪軌縱向切向力的增加會引起輪對搖頭力矩減小，使得輪對橫向穩(wěn)定性增加，但縱向切向力增加引起橫向切向力減小反而對輪對橫向穩(wěn)定性不利。
　　 (5)利用多剛體動力學軟

5、件SIMPACK和數(shù)值仿真軟件SIMULINK，以HXDlB型機車為例，建立了機電、控制一體化的機車動力學仿真模型，其中驅(qū)動系統(tǒng)模型中考慮了輪軌黏滑特性曲線的負斜率特性、電機機械特性以及電傳動控制策略的影響。以同一轉(zhuǎn)向架內(nèi)各輪對角速度及角加速度差判斷輪對的黏著狀態(tài)，通過計算黏著度利用模糊控制方法對機車實施黏著控制。結(jié)果表明，該方法可顯著提高機車的黏著利用程度。
　　 (6)分析機車黏滑振動穩(wěn)定性以及黏滑振動時輪對的縱向振動等基木

6、規(guī)律。闡明黏滑振動機理并據(jù)此對機車驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化匹配。增大機車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)參數(shù)如一系縱向定位剛度、聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度、電機吊掛剛度和牽引桿縱向剛度有利于提高機車的黏著性能，并需要合理匹配電機吊掛剛度和輪對的一系縱向定位剛度，避免機車打滑時因輪對縱向共振而降低機車黏著性能。
　　 (7)根據(jù)建立的機電一體化的機車虛擬樣機，并實施黏著控制，使機車工作在輪軌黏著極限工況。結(jié)果表明，輪軌處于黏著極限態(tài)，輪對的蛇行運動使得左右兩側(cè)車輪縱向