铁路道床吸污车动力学性能分析研究.docx

铁路道床吸污车动力学性能分析研究【摘要】针对铁路道床吸污车的转向架结构特点，根据GB/T17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》建立了该车的动力学模型，对该车的运行稳定性、平稳性、安全性进行了计算和分析。结果表明，该车空车和满载工况下在120km/h运行速度范围内，各项动力学性能指标均能满足GB/T17426-1998的要求。【关键词】铁路道床吸污车；动力学性能；临界速度；运行平稳性指标；脱轨系数【Abstract】AccordingtoGB/T17426-1998"Railwayspecialvehicleandrailmachinerydynamicperformanceevaluationandtestmethod"，thearticleestablishesthedynamicmodelofthevehicleinallusiontothebogiefeatureofrailwayballastsuction-typsewerscavenger.Theoperationalstability、smoothnessandsafetywerecalculatedandanalyzed.TheresultsshowthatthedynamicperformanceofthevehiclecanmeettherequirementsofGB/T17426-1998intherangeof120km/hoperatingspeed.【Keywords】Railwayballastsuction-typsewerscavenger；Dynamicperformance；Criticalvelocity；Runningstabilityindex；Derailmentcoefficient0引言为了满足铁路建设和铁路运输市场的需要，设计了最高连挂运行时速为120km、最高自行时速为100km的铁路道床吸污车。该车采用焊接构架式轴箱悬挂转向架，为了分析和预测该车的动力学性能，本文建立了该车的动力学模型，通过对该车的运行稳定性、平稳性、安全性进行计算和分析，对该车的动力学性能进行了预测和评价。1铁路道床吸污车结构特点铁路道床吸污车在前端装有一台动力转向架、在后端装有一台非动力转向架。动力转向架和非动力转向架的结构基本相同，由轮对、轴箱悬挂装置、焊接构架、常接触弹性旁承、球面心盘和基础制动装置等部件组成。转向架的主悬挂系统采用轴箱悬挂，由轴箱螺旋钢弹簧和斜楔式摩擦减振器组成；转向架采用球面心盘和常接触弹性旁承承载，球面心盘还具有传递纵向和横向作用力的功能；转向架的基础制动装置采用踏面制动装置，车轮踏面采用锥形踏面。2铁路道床吸污车动力学模型铁路道床吸污车是一个复杂的多体系统，不但有各部件之间的相互作用力和相对运动，而且还有轮轨之间的相互关系。因此，理论计算分析模型只能根据研究的主要目的和要求，对一些次要因素进行相应的假定或简化，而在对动力学性能影响较大的主要因素上尽可能做出符合实际情况的模拟。因此，在建立铁路道床吸污车动力学模型时，将作如下假定：（1）轮对、构架和车体等部件的弹性比悬挂系统的弹性要小得多，均视为刚体，即忽略各部件的弹性变形。（2）不考虑相邻车辆的作用，即只考虑单独一辆车的运动。（3）不考虑钢轨的弹性变形。忽略各部件本身的弹性变形后，则该车可模拟为离散的多自由度系统。由于该车垂向和横向运动是相互藕合的，因此计算中将该车在横向和垂向的运动综合起来作为一个系统考虑。由于该车是由刚体和弹性悬挂系统组成的，各刚体之间有相互约束关系，因此刚体的有些运动方式是独立的，有些运动方式是受约束的。因此整个车辆系统的自由度DOF可用下式来表示：DOF=6N-R（1）式中：N――系统中的刚体数目；R――系统中的刚体约束数。铁路道床吸污车有4个轮对、2个构架和1个车体等7个刚体。由于考虑车辆是匀速运动，因此各刚体沿x轴方向的平行移动（伸缩）可以不考虑，转向架构架的横移位移、浮沉位移、点头角位移与车体的横移、浮沉、点头、摇头和侧滚位移相关，不是独立的自由度，轮对的浮沉、侧滚运动是轮对横移和摇头角的函数，因此不是独立的自由度。根据以上分析，铁路道床吸污车多刚体系统在横向和垂向共有21个独立的自由度，其余的非独立自由度均可用这些自由度来表示。在仿真分析中车辆各刚体的广义坐标如表1所示，动力学计算力学模型如图1所示。根据转向架的结构特点，在研究中考]以下非线性因素：（1）轮轨非线性接触几何关系。踏面和轨面之间具有非线性轮轨接触几何关系。（2）轮轨非线性蠕滑。计算中先按Kalker线性理论确定蠕滑力，然后再用试探法修正为非线性值。（3）悬挂非线性。轴箱悬挂在垂向、横向和纵向均存在非线性关系；构架和车体之间有回转摩擦力矩等。3运行