驱动装置弹性悬挂提高机车动力学性能机理分析

摘要

我国自主研制开发的准高速机车，在运行速度提高到200km／h后，横向动力学性能普遍变差。国外实践表明，采用驱动装置弹性悬挂可以满足200km／h速度等级机车的动力学要求。驱动装置弹性悬挂可以提高机车动力学性能，研究它的机理对我国机车的理论分析和设计制造具有重要的理论和现实意义。 利用多体动力学软件SlMPACK建立了驱动装置弹性架悬式、刚性架悬式、中间轴驱动装置刚性架悬式、轴悬式、半体悬式和体悬式机车的整车动力学仿真模型。 弹性架悬式机车的蛇行运动稳定性较刚性架悬式机车有了较大提高，机车车体、构架、驱动装置和轮对的横移、摇头振动较刚性架悬式机车都有了较大改变，同时，两种架悬方式机车对不同线路激励的适应性和对悬挂参数变化的敏感性也均不同。本文对比分析了驱动装置架悬方式对机车稳定性、平稳性和曲线通过性能，以及对不同线路激励适应性和对悬挂参数变化敏感性的影响，较全面的掌握了弹性架悬式机车的动力学特性。 在驱动装置采用弹性悬挂方式时，必须保证一定的空间，使得驱动装置能够自由横向运动，而中间轮对具有较大的自由横动量，中间轴的空间不足以满足驱动装置横向运动的需要，因此，提出了端轴驱动装置弹性悬挂，中间轴驱动装置刚性悬挂的方案，限制中间轴驱动装置的横向位移，降低设计和制造的困难。由于中间轴驱动装置的质心和悬挂点距构架质心的距离较端轴驱动装置近，中间轴驱动装置的摇头振动振幅较端轴驱动装置明显降低，因此中间轴驱动装置的减振效果较端轴驱动装置差，将其刚性架悬对机车整体动力学性能影响不大。通过对比计算弹性架悬式、中间轴驱动装置刚性架悬式和刚性架悬式机车的动力学性能，表明中间轴驱动装置刚性架悬式机车与弹性架悬式机车的动力学性能较为接近，中f刚轴驱动装置采用刚性架悬是可行的。 弹性架悬式机车通过两根吊杆，有效地将驱动装置与构架的质量和转动惯量分开，计算表明，机车的主要横向动力学性能随着电机吊杆长度的增加而提高，在电机吊杆长度达到0．2m后，机车的主要横向动力学性能随着电机吊杆长度的增加而缓慢降低，引入电机减振器虽然增加了驱动装置与构架间的横向耦合，却提高了机车的动力学性能，因此，不能简单以驱动装置与构架质量和转动惯量解耦来说明驱动装置弹性悬挂提高机车动力学性能的机理。本文提出，驱动装置提高机车动力学性能的机理是多方面的，除驱动装置与构架横向解耦外，驱动装置在一定程度上还起到了动力减振器的作用，从而衰减了机车主要部件的横向和摇头振动，提高了机车的横向动力学性能。但是，驱动装置不是典型的动力减振器，它不能采用设计典型动力减振器时的最优参数，因为它作为机车的主要工作部件，同样不能振动过大。 最后，分析了驱动装置不同的悬挂方式对机车动力学性能的影响，计算表明，弹性架悬式机车构架的动力学性能较半体悬式和体悬式机车得到提高，而驱动装置和车体的动力学性能则较半体悬式和体悬式机车差，轴悬式机车的动力学性能明显不及上述三种悬挂方式机车。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1选题背景

1.2国内外驱动装置弹性悬挂现状

1.2.1国内外驱动装置弹性悬挂研究现状

1.2.2国内外驱动装置弹性悬挂应用现状

1.3课题的提出

1.4论文主要研究内容

第2章 机车动力学模型及动力学性能评价方法

2.1 200 km/h六轴交流传动电力机车动力学仿真模型

2.1.1机车主要结构介绍

2.1.2模型的自由度及广义坐标

2.1.3轮轨接触几何关系

2.1.4运动微分方程

2.1.5轨道不平顺

2.2机车动力学性能评价方法

2.2.1稳定性

2.2.2平稳性

2.2.3曲线通过性能

2.3本章小结

第3章 动力减振器基本原理

3.1两自由度无阻尼动力减振器

3.2两自由度阻尼动力减振器

3.3三自由度阻尼动力减振器

3.4本章小结

第4章 驱动装置架悬方式对机车动力学性能的影响

4.1线性稳定性分析

4.2非线性临界速度分析

4.3主要动力学性能指标比较

4.3.1直线运行横向动力学性能比较

4.3.2直线运行垂向动力学性能比较

4.3.3曲线通过性能比较

4.4线路激励对不同架悬方式机车动力学性能的影响

4.5一系悬挂参数对不同架悬方式机车动力学性能的影响

4.5.1一系悬挂横向刚度对机车动力学性能的影响

4.5.2一系悬挂纵向刚度对机车动力学性能的影响

4.6本章小结

第5章 驱动装置参数对机车动力学性能的影响

5.1驱动装置质量对机车动力学性能的影响

5.2电机吊杆长度对机车动力学性能的影响

5.2.1电机吊杆长度对机车蛇行运动临界速度的影响

5.2.2电机吊杆长度对机车横向动力学性能的影响

5.2.3电机吊杆长度对机车垂向动力学性能的影响

5.3电机减振器阻尼对机车动力学性能的影响

5.3.1电机减振器阻尼对机车蛇行运动临界速度的影响

5.3.2电机减振器阻尼对机车横向动力学性能的影响

5.3.3电机减振器阻尼对机车垂向动力学性能的影响

5.4本章小结

第6章 不同驱动装置悬挂方式机车动力学性能分析

6.1不同驱动装置悬挂方式机车蛇行运动临界速度分析

6.2不同驱动装置悬挂方式机车直线运行动力学性能分析

6.2.1横向动力学性能分析

6.2.2垂向动力学性能分析

6.3本章小结

结论

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