輪對自由橫動量對C0軸式機車動力學性能的影響

(中車資陽機車有限公司，四川 資陽 641300)

0 引言

輪對自由橫動量的大小對轉向架運行穩定性以及通過曲線的狀態有著決定性的影響，C0軸式機車沒有傳統的轉向架結構，可以簡單理解為一個大軸距轉向架。文章以某C0軸式機車為研究對象，探討輪對自由橫動量對此類機車動力學性能的影響。

1 機車模型

本文采用的C0軸式機車模型由車體、3個驅動制動裝置、6個軸箱、3個輪對組成。無二系懸掛，一系懸掛由6個鋼簧組成，軸箱通過拉桿直接與車體相連，無垂向和橫向減振器，驅動制動裝置一端通過3點吊掛于車體下部，另一端通過齒輪箱抱于車軸上，端軸輪對與軸箱之間有3 mm的自由橫動量，中間軸輪對與軸箱之間有28 mm的自由橫動量，采用薄輪緣踏面JM3-25與60 kg/m鋼軌匹配。

C0軸式機車模型的自由度及廣義坐標見表1，共13個剛體，總計39個自由度。圖1為機車動力學計算模型。

表1 C0軸式機車模型的自由度及廣義坐標

圖1 C0軸式機車動力學計算模型

2 直線運行性能

分析輪對自由橫動量對機車運行穩定性的影響，取端軸自由橫動量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動量在0～30 mm變化。由圖2可見，隨著端軸自由橫動量的增大，機車臨界速度呈下降趨勢，但是增大到2 mm后，臨界速度變化較小，而中間軸自由橫動量對機車臨界速度無影響。

機車以30 km/h速度通過軌道激勵為美國6級譜的直線時，由圖3～圖5可見，無論中間軸自由橫動量如何變化，直線運行時機車橫向平穩性指標、輪軸橫向力和脫軌系數變化較小，而端軸自由橫動量為0時略有差異，影響甚微。

圖2 輪對自由橫動量對機車臨界速度的影響

圖3 輪對自由橫動量對機車橫向平穩性指標的影響

圖4 輪對自由橫動量對輪軸橫向力的影響

圖5 輪對自由橫動量對脫軌系數的影響

3 曲線通過性能

分析輪對自由橫動量對機車曲線通過性能的影響，選取表2所列曲線為計算工況，同樣取端軸自由橫動量在0～3 mm變化，中間軸自由橫動量在0～30 mm變化。軌道激勵為美國6級譜。

表2 曲線工況設置

計算結果如表3～表6以及圖6～圖10所示，可以看出隨著中間軸自由橫動量不斷增大，導向力、脫軌系數、輪重減載率、輪緣磨耗因子均不斷減小，輪對沖角變化微弱，但有增大趨勢，其中輪重減載率在中間軸自由橫動量達到17.5 mm后變化微弱。而對于端軸自由橫動量，在中間軸自由橫動量范圍在0～17.5 mm，端軸自由橫動量與導向力、脫軌系數、輪重減載率、輪緣磨耗因子成反比，與輪對沖角成正比，范圍在17.5～27.5 mm，端軸自由橫動量與導向力、脫軌系數、輪重減載率、輪緣磨耗因子成正比，與輪對沖角成反比，大于27.5 mm后，端軸自由橫動量對機車各項動力學指標影響微弱。

表3 端軸自由橫動量0 mm時曲線上動力學指標

表4 端軸自由橫動量1 mm時曲線上動力學指標

表5 端軸自由橫動量2 mm時曲線上動力學指標

表6 端軸自由橫動量3 mm時曲線上動力學指標

4 結語

1)增大端軸自由橫動量對機車運行穩定性不利，造成機車臨界速度降低，但是當達到2 mm后，影響程度減小，而中間軸自由橫動量對機車臨界速度無影響。

2)直線運行時，輪對自由橫動量對機車橫向平穩性指標、輪軸橫向力和脫軌系數變化影響甚微。

3)曲線通過時，中間軸自由橫動量對機車各項動力學指標影響較大，增大中間軸橫動量有利于機車曲線通過，改善導向力和脫軌系數，降低輪緣磨耗。而端軸自由橫動量的設置應根據中間橫動量的選取進行調整，但是當中間橫動量大于27.5 mm，端軸自由橫動量對機車各項動力學指標影響微弱。

4)從分析結果可以看出，現有C0軸式機車設置的3-28-3 mm是一個合理的選擇。