适合山区米轨线路六轴机车动力学研究

摘要

我国许多山区铁路线路等级低、坡陡、曲线多、曲线半径小。在这些线路上大量使用着各型机车，出现了许多问题，因此急需能够适合山区小曲线半径的机车。 传统的2C0机车在曲线半径较小的线路上运行时，由于轮轨横向怍用力和冲角显著增加，加大了轮轨之间的磨耗，不利于提高弯道运行速度。采用径向转向架的20n机车和3B0机车是被人们考虑在曲线上牵引而设计出来的，与传统2C0机车相比，这两种机车在曲线上运行具有较好的动力学性能。但对事物的看法总是一分为二，传统2C0机车、径向2C0机车和3B0机车在不同的运行条件下各有其不同的优点和存在的问题。 为了说明这些情况，本论文从理论出发并结合实际运行，利用多体动力学软件SIMPACK建立了传统2C0机车、自导向径向转向架2c0机车和3B0机车三种米轨六轴内燃机车的仿真模型。 通过对论文中的三种机车在直线通过和曲线通过动力学性能的分析比较，认为3B0机车虽然在直线上的平稳性稍不如传统2C0机车和径向2C0机车，但其凭借在极小半径曲线上脱轨系数、轮对横向力、轮重减载率和冲角小的优势，特别是适合在条件差，曲线半径多小于或等于150m的线路上运行。径向2C0机车也具有良好的曲线通过性能，轮轨横向作用力小，轮缘磨耗轻，虽在极小曲线半径上不如3B0机车，但在曲线半径大于150m的线路上运行优势较明显。传统2C0机车小半径曲线通过性能最差，适合在曲线半径通常大于400m的线路上运行。 由于3B0机车在极小曲线半径上动力学性能好，而传统3B0机车中间转向架结构复杂，不利于生产和维修。论文提出了中间转向架可以和端部转向架互换的新型3鼠机车结构，从几何曲线通过的角度分析了其通过曲线半径62m的可行性。通过建立相应的动力学模型，综合考虑二系橡胶堆的剪切变形和机车的动力学性能，得出了该新型3B0机车的最佳二系横向止档间隙，并且计算了此间隙下新型3B0机车直线和曲线通过的动力学性能。另外，还分析了新型3B0机车通过曲线时，三个转向架平衡车体未平衡离心力与传统3B0机车的不同。 研究表明，新型3B0机车在保证与传统3B0机车相比动力学性能相差很小的情况下，简化了传统3B0机车中间转向架的结构，更适合生产制造和日常维护。因此，研究和开发新型3B0机车是适合山区铁路并能节省大量成本的，应用前景十分广阔。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2国内外的发展现状

1.2.1国内情况

1.2.2国外情况

1.3论文主要研究内容

第2章三种米轨六轴机车动力学模型

2.1三种米轨六轴机车结构特点

2.1.1径向2C0机车主要结构介绍

2.1.2 3B0机车主要结构介绍

2.2轮轨接触几何关系

2.3运动微分方程

2.4轨道不平顺

2.5本章小结

第3章机车动力学性能评价方法

3.1稳定性

3.2平稳性

3.3曲线通过性能

3.3.1脱轨系数

3.3.2轮轨横向力(轨排力)

3.3.3轮重减载率

3.3.4磨耗指数

3.3本章小结

第4章三种米轨六轴机车动力学性能比较

4.1线性稳定性比较

4.2非线性临界速度比较

4.3主要动力学性能指标比较

4.3.1直线运行垂向动力学性能比较

4.3.2直线运行横向动力学性能比较

4.3.3曲线通过性能比较

4.3.4机车的低速脱轨安全性能比较

4.4本章小结

第5章新型3B0机车动力学研究

5.1新型3B0机车转向架结构特点及仿真模型

5.2新型3B0机车动力学性能分析

5.2.1线性稳定性和非线性临界速度

5.2.2机车运行直线平稳性和对轨道的动作用力

5.2.3机车的曲线通过

5.3顺坡率对新型3B0机车曲线通过性能的影响

5.4二系橡胶堆的计算

5.4.1矩形橡胶堆计算方法

5.4.2新型3B0机车二系橡胶堆

5.5本章小结

结论和展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目