機(jī)車(chē)黏著極限態(tài)動(dòng)態(tài)特征研究.pdf

1、目前我國(guó)重載列車(chē)的牽引噸位已達(dá)2萬(wàn)噸，隨著9600 kW大功率機(jī)車(chē)投入使用，當(dāng)軌道表面黏著條件較差，以及在曲線(xiàn)通過(guò)時(shí)牽引黏著力降低的條件下，機(jī)車(chē)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(shí)輪對(duì)會(huì)產(chǎn)生剛性滑動(dòng)現(xiàn)象，輪軌間的黏滑振動(dòng)狀態(tài)將影響機(jī)車(chē)黏著牽引，并產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。研究輪軌黏著利用極限態(tài)時(shí)機(jī)車(chē)的動(dòng)態(tài)性能，揭示黏著極限態(tài)機(jī)車(chē)的典型振動(dòng)機(jī)理，合理匹配轉(zhuǎn)向架參數(shù)，使機(jī)車(chē)充分發(fā)揮輪軌黏著性能并有效地改善驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)作用

2、力。對(duì)鐵路機(jī)車(chē)重載牽引具有理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文的主要工作如下：
　　 (1)為了更好地表達(dá)機(jī)車(chē)打滑的物理過(guò)程，提出滑動(dòng)率概念，通過(guò)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(xiàn)性輪軌切向力計(jì)算程序，可得到不同軌面黏著條件時(shí)輪軌的黏滑特性曲線(xiàn)，能夠體現(xiàn)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究中輪軌切向力特點(diǎn)。
　　 (2)建立單輪對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)平均滑動(dòng)率和動(dòng)態(tài)滑動(dòng)率分析了黏著極限條件下輪對(duì)的黏

3、滑振動(dòng)穩(wěn)定性及黏滑振動(dòng)過(guò)程中輪對(duì)縱向振動(dòng)規(guī)律。結(jié)果表明輪對(duì)黏滑振動(dòng)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(dòng)率和動(dòng)態(tài)滑動(dòng)率是增加黏滑振動(dòng)穩(wěn)定性和提高機(jī)車(chē)恢復(fù)黏著能力的最根本途徑。黏滑振動(dòng)時(shí)，當(dāng)輪對(duì)縱向振動(dòng)頻率為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)固有頻率整數(shù)倍時(shí)，輪對(duì)縱向振動(dòng)發(fā)生共振，并且為2倍時(shí)共振振幅最大。
　　 (3)研究機(jī)車(chē)打滑時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及輪對(duì)的自激振動(dòng)，分析黏滑特性曲線(xiàn)梯度特性對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定性以及振動(dòng)頻率的影響。結(jié)果表明機(jī)車(chē)打

4、滑過(guò)程中，輪軌黏著負(fù)斜率特性將使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，振動(dòng)能量增加，并且激發(fā)出振動(dòng)系統(tǒng)具有固有振動(dòng)頻率的振動(dòng)。
　　 (4)建立彈性定位單輪對(duì)橫向穩(wěn)定性分析模型，考慮輪軌平均滑動(dòng)率影響，研究了驅(qū)動(dòng)工況下單輪對(duì)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(dòng)工況下輪軌縱向切向力的增加會(huì)引起輪對(duì)搖頭力矩減小，使得輪對(duì)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(duì)輪對(duì)橫向穩(wěn)定性不利。
　　 (5)利用多剛體動(dòng)力學(xué)軟

5、件SIMPACK和數(shù)值仿真軟件SIMULINK，以HXDlB型機(jī)車(chē)為例，建立了機(jī)電、控制一體化的機(jī)車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真模型，其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型中考慮了輪軌黏滑特性曲線(xiàn)的負(fù)斜率特性、電機(jī)機(jī)械特性以及電傳動(dòng)控制策略的影響。以同一轉(zhuǎn)向架內(nèi)各輪對(duì)角速度及角加速度差判斷輪對(duì)的黏著狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算黏著度利用模糊控制方法對(duì)機(jī)車(chē)實(shí)施黏著控制。結(jié)果表明，該方法可顯著提高機(jī)車(chē)的黏著利用程度。
　　 (6)分析機(jī)車(chē)黏滑振動(dòng)穩(wěn)定性以及黏滑振動(dòng)時(shí)輪對(duì)的縱向振動(dòng)等基木

6、規(guī)律。闡明黏滑振動(dòng)機(jī)理并據(jù)此對(duì)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配。增大機(jī)車(chē)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(jī)吊掛剛度和牽引桿縱向剛度有利于提高機(jī)車(chē)的黏著性能，并需要合理匹配電機(jī)吊掛剛度和輪對(duì)的一系縱向定位剛度，避免機(jī)車(chē)打滑時(shí)因輪對(duì)縱向共振而降低機(jī)車(chē)黏著性能。
　　 (7)根據(jù)建立的機(jī)電一體化的機(jī)車(chē)虛擬樣機(jī)，并實(shí)施黏著控制，使機(jī)車(chē)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(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)使得左右兩側(cè)車(chē)輪縱向