120km/h货车转向架运用服役性能分析研究

摘要

长期以来，我国铁路货车主要开展了新造状态下的车辆动力学性能试验研究和磨耗到限状态下的理论分析研究，对于运用磨耗状态下的车辆转向架动力学性能变化研究尚不够深入，还需要进一步确定影响车辆运行安全的关键要素和限度。随着铁路货车技术的不断发展和进步，有必要开展货车转向架运用磨耗规律和运用服役性能的研究。为了掌握120km/h提速货车的动力学性能，全面系统的了解和掌握提速货车技术状态的变化规律，我国已进行多次提速货车的动力学试验。
　　本文基于动力学仿真软件SIMPACK，结合2015年总公司白皮书项目《120km/h铁路货车达速运用服役性能研究》，就运用货车状态与服役性能的关系进行仿真计算。基于对120km/h运用货车服役性能的分析研究，本文的工作和主要结论如下:
　　(1)在传统三大件货车动力学模型的基础上，本文对具有转k2型转向架的货车系统进行了详细的介绍与分析。将转向架中存在的悬挂装置、摩擦斜楔减振器和非线性接触建立相应的动力学模型，并通过与试验车辆的动力学性能结果对比分析，充分验证了本文建立的三大件式货车动力学模型的有效性和准确性。
　　(2)本文在整车动力学模型中将摩擦斜楔减振系统细化。根据粘着接触理论，并充分考虑斜楔在各方向上的自由度（包括摇枕斜楔槽与斜楔之间的横向间隙），建立了基于整车状态下粘滑接触的摩擦斜楔动力学模型;并对整车状态下的摩擦斜楔的运动特征和减振性能进行了详细的分析。
　　(3)根据三大件货车转向架各关键部件的磨耗规律，归纳其典型的磨耗特征;并将各关键部件的典型磨耗参数作为输入条件，分析其对120km/h货车的动力学性能的影响，初步掌握在保证动力学性能指标优良的前提下，各关键部件磨耗限度控制值。
　　(4)根据关键的部件的磨耗演变规律，分析整车状态下各关键部件的参数随着服役年限的变化情况以及120km/h货车运用服役性能情况。随着车轮磨耗和摩擦斜楔减振系统、弹性旁承等关键参数对运用时间的变化，车辆的运行安全性指标随着服役年限增加而有所增大;在磨耗到限时，车辆以120km/h的速度运行时，车辆的安全性指标仍满足“规范”的要求。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 本文主要研究内容及创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 本文的创新点

1．4 本章小结

2 计算理论及模型介绍

2．1 SIMPACK软件介绍

2．3 转k2转向架介绍

2．3．1 交叉支撑技术

2．3．2 心盘和旁承

2．3．3 组合式斜楔

2．3．4 关键部件磨耗分析

2．2 多体动力学基本理论

2．4 动力学模型建立

2．4．1 承载鞍

2．4．2 旁承

2．4．3 心盘

2．4．4 摩擦斜楔减振器

2．5 本章小结

3 动力学性能评定标准及模型验证

3．1 车辆运行安全性及其评估标准

3．1．1 脱轨系数

3．1．2 轮重减载率

3．1．3 轮轨横向力

3．1．4 轮轴横向力

3．2 车辆运行平稳性及其评估标准

3．3 线路模型

3．3．1 曲线线路模型

3．3．2 线路不平顺模型

3．4 动力学模型验证

3．5 本章小结

4 摩擦斜楔减振系统动力学性能分析

4．1 斜楔与摇枕之间的运动关系及粘滑特性

4．1．1 运动关系

4．1．2 粘滑特性

4．2 斜楔位移特性

4．2．1 斜楔垂向运动

4．2．2 斜楔横向运动

4．2．3 斜楔纵向运动

4．2．4 斜楔三向旋转运动

4．3 斜楔减振特性

4．3．1 斜楔法向力

4．3．2 斜楔垂向摩擦力

4．3．3 斜楔横向摩擦力

4．3．4 斜楔副摩擦面纵向摩擦力

4．3．5 斜楔三向旋转力矩

4．4 本章小结

5 关键部件参数变化对车辆动力学性能影响

5．1 车轮磨耗对车辆动力学性能影响

5．1．1 等值同相轮径差

5．1．2 等值反相轮径差

5．2 旁承磨耗对车辆动力学性能影响

5．2．1 旁承垂向刚度

5．2．2 旁承预压缩量

5．3 斜楔磨耗对车辆动力学性能影响

5．3．1 摩擦系数

5．3．2 磨耗板磨耗

5．4 承载鞍摩擦系数对车辆动力学性能影响

5．5 本章小结

6 运用性能仿真分析

6．1 转向架运用磨耗调研情况

6．1．1 承载鞍及侧架导框磨耗检测情况

6．1．2 斜楔主摩擦板及立柱磨耗板磨耗情况

6．1．3 JC型弹性旁承刚度和高度变化

6．2 运用货车动力学性能试验

6．2．1 线路及磨耗水平设置

6．2．2 试验结论及建议

6．3 典型运用服役工况的选取

6．4 运用服役性能分析

6．4．1 直线工况

6．4．2 曲线工况

6．5 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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