考慮齒輪傳動系統(tǒng)耦合效應的大功率重載電力機車動力學性能研究.pdf

1、機械牽引傳動系統(tǒng)是鐵路機車動力傳遞的主要路徑,同時也是轉向架乃至機車中易發(fā)生故障和失效的薄弱環(huán)節(jié),其中,齒輪傳動系統(tǒng)是最為關鍵的環(huán)節(jié)之一,其性能的好壞直接影響到機車能否正常運行,與機車服役動態(tài)性能甚至運行安全密切相關。隨著我國重載鐵路的快速發(fā)展,大功率、大軸重、高速度是機車發(fā)展的主要方向,這給機車齒輪傳動系統(tǒng)服役性能與安全提出了更高的要求和更為嚴峻的挑戰(zhàn)。同時,齒輪傳動系統(tǒng)一旦發(fā)生故障,輕則劣化機車動態(tài)性能,重則引起機車牽引／制動動力中

2、斷,導致列車運行失控甚至脫軌等嚴重安全事故,給列車運行平穩(wěn)性甚至行車安全帶來極大不利影響。因此,研究牽引齒輪傳動系統(tǒng)與機車系統(tǒng)之間的耦合動態(tài)相互作用機制,分析齒輪傳動系統(tǒng)對大功率重載機車動力學性能的影響,對保障我國重載列車穩(wěn)定安全運營具有重要的理論意義和實際工程應用價值。
　　在分析和總結國內外機車及齒輪傳動系統(tǒng)動力學研究概況與我國目前使用的主型重載電力機車及齒輪傳動系統(tǒng)結構特點和工作原理的基礎上,采用多體動力學的方法,建立了考慮

3、齒輪傳動系統(tǒng)耦合效應的大功率重載機車系統(tǒng)動力學模型,利用現(xiàn)場試驗測試數(shù)據(jù)驗證了建立的機車系統(tǒng)動力學模型的正確性;推導了牽引傳動裝置采用抱軸式對稱布置的2(B0-B0)軸式機車的軸重轉移理論解析計算公式;在此基礎上,分析了齒輪傳動系統(tǒng)耦合效應對重載機車動力學響應特性及動態(tài)性能指標的影響。
　　首先,利用多體動力學軟件對重載機車及其牽引齒輪傳動系統(tǒng)進行了詳細動力學理論建模,在揭示齒輪傳動系統(tǒng)耦合效應機制的基礎上,建立了含齒輪傳動系統(tǒng)的

4、完整機車系統(tǒng)動力學模型;利用建立的模型,計算獲得了機車車體和轉向架構架的動力學響應,并與現(xiàn)場試驗測試數(shù)據(jù)進行了對比分析。研究結果表明:仿真計算得到的車體及構架振動加速度響應波形與現(xiàn)場試驗測試獲得的結果在幅值和趨勢上均吻合良好。例如,相同工況下,測試和仿真計算獲得的車體垂向振動加速度最大值分別為0.30g和0.28g,橫向振動加速度最大值分別為0.030g和0.026g;而構架垂向振動加速度最大值分別為0.65g和0.60g,橫向振動加速

5、度最大值分別為0.48g和0.50g。
　　其次,推導了重載機車軸重轉移理論解析計算公式,對比分析了考慮齒輪傳動系統(tǒng)的機車動力學模型與理論公式計算獲得的機車軸重轉移結果,二者吻合良好;此外,由于動力學模型綜合考慮了機車實際運行過程中各種動態(tài)激勵的耦合作用,可以進一步反映機車運行過程中的動態(tài)軸重轉移現(xiàn)象。
　　最后,對比分析了考慮齒輪傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)不考慮齒輪傳動系統(tǒng)的機車運行平穩(wěn)性、行車安全性、輪軌動態(tài)相互作用等動力學性能評價