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C0-C0米轨内燃机车横向动力学性能分析

2022-02-28崔潇

内燃机与配件 2022年5期
关键词:机车

崔潇

摘要: 针对C0-C0米轨内燃机车建立动力学模型,分析了多种直线和曲线工况下机车平稳性和运行品质。结果表明:随着运行速度的增加,机车横向平稳性和加速度最大值呈上升趋势,指标在不同测量位置由大到小依次为前司机室、后司机室、车体中心;对于曲线工况,机车横向平稳性最大值逐渐增加,司机室大于车体中心,而横向加速度最大值在曲线半径为130m、800m、1200m时分别呈现线性增长、双线性增长和先降低后增长的趋势。

Abstract: The dynamic model of C0-C0 meter gauge diesel locomotive was established, and the locomotive ride index and running quality were analyzed in straight and curve line. The results show that the maximum value of lateral ride index and acceleration of locomotive maintain an upward trend with the increase of running speed and the index values in different measurement positions are in the order of front cab, rear cab and carbody center. For curve negotiating case, the maximum value of locomotive lateral ride index increases gradually and index is larger at the cab than at carbody center. The maximum value of lateral acceleration increases linearly, bilinear and decreases first and then increases when the curve radius is 130m, 800m and 1200m, respectively.

关键词: 机车;曲线通过;平稳性;运行品质

Key words: locomotive;curve negotiating;ride index;running quality

中图分类号:U262.11                                      文献标识码:A                                  文章編号:1674-957X(2022)05-0040-03

0  引言

机车的平稳性及运行品质指标反映了机车运行过程中机车乘务员的乘坐体验,因此,研究不同工况下机车的平稳性及运行品质有助于针对不同工况设置合理运行速度,从而提升机车乘务员运行中舒适程度及行车安全

性[1-5]。根据GB/T 5599-2019要求,评价机车运行平稳性采用Sperling平稳性指标,评价机车运行品质采用车体振动加速度[6]。本文主要对直线和曲线工况下,机车横向平稳行和横向加速度进行计算和分析。

1  机车动力学模型建立

1.1 结构说明

机车设计轴重20t,采用了C0-C0转向架,每个转向架布置了三组驱动装置,转向架驱动装置沿同一方向布置。驱动装置采用轴悬方式,驱动装置直接与轮对铰接,并使用电机吊杆与构架弹性连接。一系悬挂采用双拉杆双钢弹簧方式,端轴箱均配有一系垂向减振器。二系悬挂采用橡胶堆,提供垂向和横向刚度,每转向架一侧分别布置有2个橡胶堆,每转向架配有2个垂向减振器、2个横向减振器、2个抗蛇行减振器。采用目字形焊接箱形梁构架,构架端梁上有驱动装置的一个弹性连接点,构架两根中间横梁上各有驱动装置的1个弹性铰点。根据动力车转向架基本结构以及动力学参数,建立了动力车的动力学模型。模型的体选取了车体、构架、轮对、驱动装置、轴箱、电机吊杆、牵引四连杆。端轴、中间轴轴箱轴承分别设置了3mm、11mm自由间隙。

1.2 轮轨几何关系

机车轮径1067mm,车轮廓形为锥形踏面,钢轨型面为80A[7],轨距1000mm,轨底坡为1/40,等效锥度为0.054。

1.3 工况设置

针对机车实际运行工况,直线工况设置10个速度级,运行速度为50-140kh/h,速度间隔10km/h。选取曲线半径分别为R130、R800、R1200三种实际运行中的曲线工况。

在轨道不平顺方面,直线工况采用美国4级轨道谱,空间波长设置为1-120m。曲线工况采用美国5级轨道谱,空间波长设置为1-100m。

2  直线工况横向平稳性和加速度

不同速度下,直线通过横向平稳性最大值、横向加速度最大值如图1、图2所示。同时,按照标准要求,在计算平稳性和运行品质指标过程中,加速度值均进行0.4-40Hz 带通滤波。

直线通过横向平稳性最大值指标随着运行速度的增加逐渐增加。在50-140km/h区间,指标基本处于线性增加状态。对于同一速度级,指标按照前司机室、后司机室、车体中心逐渐降低。速度为140km/h时前司机室指标达到2.24,后司机室指标达到2.11,车体中心指标达到1.96。

直线通过横向加速度最大值指标随着运行速度的增加基本呈现线性增加趋势。在50-140km/h区间,前司机室和车体中心指标基本处于线性增加状态,后司机室指标则处于波动状态,在80-90km/h时指标低于车体中心指标,在100-120km/h时指标高于前司机室指标。速度为140km/h时前司机室指标达到0.50m/s2,后司机室指标达到0.46m/s2,车体中心指标达到0.32m/s2。

从以上计算可知,对于直线工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标逐渐增加,指标由大到小顺序为前司机室、后司机室、车体中心。在所有速度级中,指标最大值为140km/h时前司机室横向平稳性,达到2.24。

随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标整体呈现线性上升总体趋势,指标总体趋势由大到小顺序为前司机室、后司机室、车体中心,但后司机室指标存在局部波动,部分速度级高于前司机室或者低于车体中心的指标。在所有速度级中,指标最大值为140km/h时前司机室横向加速度,达到0.50m/s2。

3  曲线工况横向平稳性

不同速度下,R130、R800、R1200曲线通过工况,横向平稳性最大值如图3-图5所示。

对于R130曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标逐渐增加,5km/h到15km/h区段指标增长最快,随后指标增长速度逐渐放缓。在30km/h速度下,前司机室指标达到1.11,后司机室指标达到1.08,车体中心指标达到1.04。

对于R800曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标逐渐增加,55km/h到25km/h区段指标增长平稳,25km/h到30km/h区段指标增长速度增大。在95km/h速度下,前司机室指标达到1.68,后司机室指标达到1.67,车体中心横向指标达到1.48。

对于R1200曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性指标逐渐增加,在65km/h到115km/h整个区段指标增长速度基本一致。在115km/h速度下,前司机室指标达到1.81,后司机室指标达到1.76,车体中心指标达到1.60。

从以上计算可知,对于曲线工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标处于基本线性增加趋势,前后司机室指标大于车体中心指标。在R130所有速度级中,指标最大值为30km/h时前司机室指标,达到1.11。在R800所有速度级中,指标最大值为105km/h时前司机室,指标达到1.68。在R1200所有速度级中,指标最大值为115km/h时前司机室指标,达到1.81。

4  曲线工况横向加速度

不同速度下,R130、R800、R1200曲线通过横向加速度最大值如图6-图8所示。

对于R130曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标呈现线性增加趋势,在5km/h到30km/h区段指标增长速度基本一致,且由于速度较低,前后司机室横向加速度和车体中心指标差别不大。在30km/h速度级下,前司机室指标达到0.10m/s2,后司机室指标达到0.07m/s2,车体中心指标也达到0.07m/s2。

对于R800曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标出现双线性的增长趋势。在85km/h前指标先缓慢增线性长,85km/h到95km/h,指标迅速线性增长。95km/h时车体中心指标达到1.19m/s2,前司机室指标达到1.43m/s2,后司机室指标达到1.53m/s2。

对于R1200曲线通过工况,随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标先降低后增加。在65km/h到75km/h区段指标降低,75km/h到105km/h区段指标缓慢增加,105km/h到115km/h区段指标显著增加。115km/h时前司机室指标达到2.47m/s2,后司机室指标达到0.99m/s2,车体中心指标达到1.70m/s2。随着速度的增加,前后司机室和车体中心指标的差距先减小后增大。

从以上计算可知,对于曲线工况,随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标出现不同变化规律。对于R130所有速度级中,指标随速度增加基本处于线性增长趋势。指标最大值为30km/h时前司机室指标,达到0.10m/s2。对于R800所有速度级中,指标出现双线性的增长趋势。在85km/h前指标先缓慢增线性长,85km/h到95km/h,指标迅速线性增长,最大值为95km/h时后司机室指标,达到1.53m/s2。对于R1200所有速度级中,随速度变化指标出现先降低后增长的变化趋势。在65km/h到75km/h区段,指标降低。在75km/h到105km/h区段,指标缓慢线性增长。105km/h到115km/h,指标迅速线性增长,最大值为115km/h时前司机室指标,达到2.47m/s2。

5  结论

通过对机车直线和曲线工况的动力学计算,可以获得如下结论:

①对于直线工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标逐渐增加,指标由大到小顺序为前司机室、后司机室、车体中心。而机车横向加速度最大值整体呈现上升趋势,指标总体趋势由大到小顺序同样为前司机室、后司机室、车体中心,但后司机室指标存在局部波动,部分速度级高于前司机室或者低于车体中心的指标。

②对于曲线工况,随着运行速度的增加,机车横向平稳性最大值指标逐渐增加,前后司机室指标大于车体中心指标。

③对于曲线工况,随着运行速度的增加,机车横向加速度最大值指标出现不同变化规律。对于R130所有速度级中,指标随速度增加基本处于线性增长趋势。对于R800所有速度级中,指标出现双线性的增长趋势。对于R1200所有速度级中,随速度变化指标出现先降低后增长的变化趋势。

参考文献:

[1]姚远,任铖铭,陈相旺,刘晓雪.基于频域平稳性的高速机车悬挂参数优化匹配[J].西南交通大学学报,2021:1-8.

[2]邓小星,陈国胜,沈龙江.机车蛇行状态横向平稳性仿真研究[J].铁道机车车辆,2019,39(03):88-91.

[3]冯征,杨亮亮,罗世辉.某C0-C0机车二系横向减振器对横向平稳性的影响[J].機车电传动,2016(02):15-17.

[4]杜建华,陈康.轴重及悬挂参数对大功率六轴交流传动机车运行平稳性的影响[J].内燃机车,2010(10):1-5.

[5]刘建新,王开云.抗蛇行减振器对机车运行平稳性的影响[J].交通运输工程学报,2006(04):1-4.

[6]国家标准化管理委员会.机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范:GB/T 5599-2019[S].北京:中国标准出版社,2019.

[7]The British Standards Institution. Specification for dimensional properties and associated tolerances of railway rails. BS 11:2015[S]. BSI Standards Limited,2015.

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