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一
第卷第期中国铁道科学
机车非线性动态曲线通过
及直线横向响应性能分析
付秀通詹斐生
铁道部科学研究院—、/
提要;本文以研究机车非线性动态曲线通过和非线性直线横向响应为的,建立了一个多
自由度的非线性模型。以实坝的轨道方向不平顺样本作为随机输入,动态曲线通过中还包括了曲
线半径及超高等确定性输人。列出机车的运动方程,利用数值积分方法进行计算,以对机车的横
动力学性能进行分析。
√/
关键词: 墅韭线通过毗蝴主植面锄
引言
机车车辆的横向动力学包括稳定性、直线响应及曲线通过稳态和动态性能等。动态
曲线通过主要研究机车车辆由直线进入缓和曲线到圆曲线,再从圆曲线驶出缓和曲线回到直
线的运动和受力关系;而直线响应性能主要研究机车车辆对轨道随机不平顺的响应性能等。在
分析的基础上应用相应的动力学性能判据,如脱轨和倾覆稳定性、平稳性、乘坐品质等来确
定与线路相适应的机车车辆的结构参数,并进而确定机车车辆的合理运用条件。下面重点介
绍机车的曲线通过性能分析。
现代应用动力学的导向理论揭示了蠕滑力和踏面锥度联合导向的固有性质, 与传统的导
向理论有着本质的区别。传统的导向理论本质上是轮缘力导向,轮缘接触导致轮缘和外轨内
侧的迅速磨耗、高的噪音水平和不良的乘坐品质。尤其是对于小半径曲线,机车车辆在进行
,增加机车车辆和线路
的保养和维修费用,而蠕滑力和锥度联合导向则可以实现无轮缘接触的曲线通过。
机车车辆子系统可以用几何尺寸、部件的惯量、悬挂刚度与阻尼、轮轨外形及其相互作
用来表征。七十年代以前, 由于受计算条件的制约无法考虑整车模型,所建立的模型多数是
线性的。随着计算手段的发展,分析模型不仅有非线性的整车模型,而且还有柔性车体模型。
随着铁路向高速重载的不断进军,分析动力学越来越显示出了它的重要地位和应用价值,它
可为新车设计和旧车改造进行参数的优化, 以节省人力、物力及财力。
本文采用模型模拟的方法,对机车动态曲线通过及直线响应性能进行分析, 以评估机车
在曲线上的运行安全性及直线上的运行平稳性。
本文收到日期;年月日
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第期机车非线性动态曲线通过及直线横向响应性能分析
数学和物理模型
. 模型夏自由度
图为常用轴机车的分析模型若图的模型采用符号指令,可删去中间轴,模
型可以直接用于轴机车,图为轨道模型,图为考虑驱动制动单元的模型
图在模型中作了如下假设:机车前后、左右对称布置, 因此机车的横向和垂直运动为
弱耦合; 各质量视为刚体,彼此间以弹性元件联接; 轮轨保持接触车轮不浮起;
轨道具有横向弹性;且每一车轮与钢轮的相互作用, 只在一定长度范围内有影响,超过
此范围, 同侧相邻车轮之间不相干; 机车以恒定速度运行。模型中考虑了轮轨接触几
何学非线性、悬挂非线性、粘着饱和种主要的非线性因素, 同时还考虑了牵引矩的影响。
模型中的自由度为:
轮对: 横移偏转左、右轮旋转角速度差△‰一.¨·
电机: 横移、偏转侧滚‰—,⋯
转向架: 横移“、偏转、侧滚一,⋯
车体: 横移、偏转、侧滚
轨道: