干摩擦作用下货车转向架动力学性能

论文摘要

为了满足铁路货运的重载快捷化发展需求,开发研制了许多新型车辆。在这些货运车辆中,三大件转向架和构架式转向架仍然是常用的两种主力转向架形式。三大件转向架采用摇枕悬挂,具有尖顶斜楔摩擦减振方式;而构架式转向架采用轴箱悬挂,具有直顶斜楔摩擦减振方式,二者均属于变摩擦悬挂。因而斜楔干摩擦作用已经成为影响货车动力学性能的主要因素之一。在摇枕悬挂的低频运动中,斜楔摩擦卡滞对重载车辆动力学性能带来非常不利的影响,因而通常将重载相对摩擦因子控制在0.1以下。轴箱悬挂设计需要兼顾轮对定位、轮轨横向力和运行平稳性等多方面性能,因而摩擦减振方式仍然是轴箱悬挂的关键技术之一。目前轴箱悬挂有如下三种摩擦减振方式:双楔直顶、单楔直顶和Lenoir减振器。Lenoir减振器可以有效地提高对轮对纵向定位刚度的贡献,同时,重载弹簧不参与摩擦减振。双楔直顶的最大优点是在曲线通过时允许轮对横向窜动,进而降低了轮轨横向力,但是其对轮对纵向刚度贡献相对有限。而单楔直顶则刚好相反,重载曲线通过时轮轨横向力超标。本文以某厂提出的新型关节式集装箱平车技术方案作为研究对象。该技术方案具有如下特点:前后关节车体铰接、走行部2轴与3轴转向架混用、利用牵引杆联结构成四车组单元。由于摇枕与轴箱悬挂混用,2位3轴构架式转向架的轴箱悬挂刚度必须满足空载临界速度120km/h的要求,因而走行部形成了软-硬-软的悬挂刚度特征。刚柔耦合动态仿真分析表明:这种刚度形式的走行部在如下三个方面对关节平车动力学性能产生不利影响:①从车辆动态柔性角度出发,2位构架式转向架不宜采用平面心盘,临界速度安全裕度很小（球面心盘150km/h,平面心盘130km/h）;②空载平稳性指标下降（Wz接近4.20）,而重载车体中部横向加速度偏大（≥0.5g）,而在降低走行部悬挂刚度的试算中,平稳性指标得到显著改善;③同样,由于端部摇枕悬挂对集装箱车体的侧滚刚度贡献相对比较小,造成在顺坡段通过时出现承接端旁承失载,并导致连锁式的脉冲旁承载荷。本课题研究方法具有如下新颖性:（1）根据（准）静平衡原则,在斜楔受力分析基础上建立变摩擦悬挂简化模型。（2）针对关节车体的横向强耦合作用,采用刚柔耦合建模方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一.课题研究背景及意义
• 二.转向架现有研究现状及问题
• 三.新型关节式集装箱平车研究方案及可行性
• 第一章 货车转向架动力学
• 1.1 转向架的蛇形运动
• 1.1.1 轮轨接触的非线性
• 1.1.2 变摩擦悬挂
• 1.1.3 转向架其它非线性约束
• 1.2 货车横向稳定性
• 本章小结
• 第二章 刚柔耦合动力学
• 2.1 约束与模态
• 2.2 模态力与预载
• 2.3 惯性耦合与模态截取
• 2.3.1 刚柔耦合方式
• 2.3.2 内力约束
• 2.3.3 模态截取
• 2.4 新型关节式集装箱平车的柔性接口处理技术
• 本章小结
• 第三章 关节式集装箱平车简介
• 3.1 关节式集装箱平车的特点
• 3.2 开发新型关节式集装箱平车的必要性
• 3.3 新型关节式集装箱平车的难点及合理性
• 本章小结
• 第四章 新型关节式集装箱平车的组装模型
• 4.1 模板模型及组装的接口关系
• 4.1.1 模板模型
• 4.1.2 接口关系
• 4.2 三大件转向架
• 4.2.1 摇枕悬挂特点
• 4.2.2 动态干摩擦模型
• 4.2.3 斜楔摩擦系数稳定性
• 4.2.4 变摩擦减振（垂向和横向）
• 4.2.5 相对摩擦因子
• 4.2.6 斜楔纵向摩擦力
• 4.3 三轴构架式转向架
• 4.3.1 三轴构架式转向架的特点
• 4.3.2 直顶式斜楔摩擦减振
• 4.3.3 连续摩擦计算模型
• 4.4 关节联结器
• 本章小结
• 第五章 新型关节式集装箱平车仿真分析
• 5.1 动力学仿真模型
• 5.2 关节联结器动力学要求
• 5.3 关节平车临界速度分析
• 5.3.1 构架平面心盘
• 5.3.2 构架球面心盘
• 5.4 旁承行程设计方案对比优化
• 5.4.1 三种旁承方案对比
• 5.4.2 基于方案Ⅱ的顺坡率对比（重载）
• 5.4.3 基于方案Ⅱ的顺坡率对比（空载）
• 5.4.4 车体侧滚刚度与关节侧滚转角
• 5.5 关节平车平稳性分析
• 5.5.1 构架平面与球面心盘对比
• 5.5.2 走行部软-硬-软悬挂刚度（简称走行部SHS）
• 5.6 新型关节式集装箱平车的改进建议
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A LM 踏面几何关系
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢