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机车驱动装置悬挂结构及参数的研究

罗赟  
【摘要】:随着我国铁路运营速度的不断提高,准高速机车普遍出现了横向动力学性能较差的现象,与驱动装置悬挂有关的问题时有暴露。近年国外机车工业虽然在大量新型机车上卓有成效地运用了驱动装置弹性悬挂结构,但仍缺乏深入的理论研究;我国对该结构的认识还是一片空白。国外200km/h等级机车基本上是四轴(即2B_0轴式)的,因此,开发我国六轴(即2C_0轴式)200km/h等级新型机车面临着巨大地挑战。研究驱动装置悬挂结构参数和弹性悬挂机理,以及2C_0轴式200km/h等级机车方案,已成为我国铁路发展亟需解决的关键问题。 本文首先采用三个刚体的简单模型,结合轮轨横向运动的特点,针对不同轴式、结构及参数的机车进行振动分析,通过动力学分析,阐明了驱动装置弹性悬挂的机理:通过调节驱动装置与构架间的纵、横向连接刚度,可以改变驱动装置的振动频率,从而避开轮对横向运动主要频率,并将驱动装置与构架、轮对的质量和转动惯量分开,抑制了驱动装置与构架、轮对间动态惯性力的传递。 然后采用随机不平顺非线性时域响应分析方法,利用多体程序SIMPACK建立机车完善的非线性模型,验证了简单模型分析的结果——驱动装置弹性悬挂要求驱动装置在构架上的纵、横向悬挂刚度在0.01MN/m数量级。因此采用吊杆悬挂是实现弹性架悬的重要结构方式,利用吊杆倾斜产生的重力复原刚度作为等效刚度,吊杆长度在0.2~0.7m的范围内变化都可以满足驱动装置弹性悬挂的刚度需要。 本文比较了刚性和弹性架悬式机车的动力学性能,发现机车运行速度在140km/h以上时,采用驱动装置弹性架悬可以大大降低机车在直线和大半径曲线高速运行时的轮轨横向力,改善机车的横向性能和电机工作条件,有效地减小机车对线路和参数变化的敏感性。运行速度越高,弹性比刚性架悬式机车有更大的优势。 详细研究了2C_0轴式200km/h等级机车在驱动装置刚性和弹性悬挂时,采用电机顺置与对置方案的动力学性能,说明采用驱动装置弹性对置方案的优越性,同时指出必须设置合理的驱动装置止档间隙才能保证小半径曲线通过性能。在机车一些重要工作条件,如:牵引、制动和周期不平顺等时,分析了牵引杆


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