转臂定位快捷货车转向架关键技术研究

摘要

随着国民消费水平不断提高和互联网电子商务在国内广泛的普及，使得小批量、轻质、高附加值货物的数量和种类急剧增加，市场对货物运输的安全性、时效性、经济性提出了更高的要求，这也给我国的铁路快捷货物运输带来了新的发展机遇。然而，转向架作为快捷货运车辆系统中最核心的组成部件，目前仍然存在较多的技术问题亟待解决。本文正是在此背景下，对160km/h快捷货车转臂式转向架的转臂和转臂定位橡胶球铰等关键问题进行系统研究。 首先，本文简要阐述了国内外快捷货运以及快捷货车转向架的发展和技术特点，并结合我国实际的轨道线路情况和运行条件，总结出适合我国线路的快捷货车转向架的主要技术特征和关键参数。并分析了两种不同转臂定位类型的优缺点以及转臂定位橡胶球铰存在的问题，对轴箱顶簧式转臂定位快捷货车转向架的结构进行了描述。 运用有限元软件 ABAQUS 对转臂定位橡胶球铰进行有限元建模，并通过计算得出其四向刚度曲线，结果表明计算刚度与实际要求刚度的最大绝对误差在工程应用允许范围内，偏转刚度和扭转刚度为定值，其偏转角度和扭转角度与力矩之间呈线性关系，而径向和轴向刚度具有一定的非线性，但是非线性趋势不明显，可以近似用线性特性代替。论文再根据能量守恒原理，将转臂轴箱顶簧的三向刚度和转臂球铰的四向刚度综合成转臂轴箱的三向等效定位刚度。 在此基础上分别建立转臂轴箱实际刚度和等效刚度两种动力学仿真分析模型，并根据GB/T 5599-1985标准中的评定指标对两种模型的动力学性能进行对比分析。结果表明在空、重车条件下两种模型的蛇行失稳临界速度比较接近，且都远超160km/h的设计最高运行速度，能满足直线运行稳定性要求。最大振动加速度和平稳性指标以及曲线通过安全性指标都满足标准规定。转臂轴箱等效刚度模型和实际刚度模型计算结果相比，振动加速度和平稳性指标偏低，通过曲线时轮轨横向力、轮轴横向力和脱轨系数偏大，轮重减载率和倾覆系数偏低。分析结果表明，等效模型存在一定的误差，为真实反映转向架的动力学性能，应以转臂轴箱实际刚度模型为优。 最后再以转臂轴箱实际刚度动力学模型来研究转臂定位橡胶球铰径向刚度和轴向刚度以及3种不同空重比工况下转臂长度对车辆动力学性能的影响。根据各动力学性能指标的变化趋势得出球铰径向刚度的最佳取值范围是10MN/m~15MN/m，轴向刚度的最佳取值范围是6MN/m~9MN/m，转臂长度的取值范围在400mm~500mm比较合适。

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