（机械工程专业论文）货车2d轴构架式焊接转向架研究.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 货车2 d 轴祷架式烊接转向架研究 摘要 铁路费物列车载重量和运行速度的不断提高，对转向粱提出了越来 越商的要求。本文在对国内外货车转向架的主要型式做出介绍、对其发 震趋势进行霰测装基础上，结台中国兹线薅条 孛，提出了台壤珂霉亍瞧货 车构架式焊接转向架酌详细方案，详纲研究了轴辅的级向橡胶垫、利诺 尔减振器的受力、连接车体与转向架间的心盘与旁承的回转牒擦力矩等 关键参数。论文遥过建立装惩2 d 毒蠹簿接搀粱转翦粲雏罐车簸统靠线性 数举模型，研究了罐车的蛇行运动稳定性、曲线通过性能和运行平稳性， 提出了一组适g 7 0 罐车的悬挂参数组台。论文述系统介绍了g 7 0 罐车 袭滚动探动试验鑫上试验戮变壤况与试验彗果，势遴孬了相关参数鲍测 试。理论分析与试验研究的结果表明，2 d 轴构槊斌焊接转向架是适合我 国圈情的新型货车转向架。 关键词：货车；罐车；转向架；焊接构架；动力学 西南交激大学工程颁士研究生学位论文第j l 页 r e s e a r c ho n 对p e2 da x l ew e l d e df r a m e b o g i e e f 嚣溅g 基lc a r s a 蚤蛙r 鑫琏 s i n c em ec a n 叫n gc a p i t y 粕dn 】i l i l i i l gs p e e do ff k i g h tt r 酝ni s c o n t i n u o u s l yi n c r e 龋i n t h ef b i g h tc a rb o 西eb e c o m e sm o r ea n dm o r e 酾碱馘t f i 壤毽赫m 鸯w 鼬o so f 溉臻b o 誊e s 纽瀚a 嘲曲醚m j n t r o d u c e d 日l e no nm eb a 8 i so f 珏l ep 糟d i c t i o no nf h ed e v e l o p m e n tt 髓d e n c y f o r 舶i g l i c b o g i e s ，a l l d b yc o n s i d 喇n gt h er a i l w a yl i n ec o 删d o n si nc h i n a ，a d e t a i ld e s i g 眭f o rw e l d e d 丘a 吼eb o 西ei sg i v e n t h em a j o rp 嚣啦e t 材8s u c ha s 氇e 耘黼艇i n 矗ls 娃f 惫嚣s s 。f o 嚣拉越b 锻柏b 嚣搿哇畦撑f o 戳s o f 氇e 至崩i r 黼c t i o nd 蚰堆e ra n dm e 衔c t i o nf o r c e so fc e n t e rp l a t ea 玎ds i 如b e 撕n g b e 斜e e nc a r b o d ya n d b o 百ea f ea n a l y z e di nd e t a n 髓l en o n l i n # 科d y n 8 m i e 靴o d e 圭o f 如t 黼ke 8 rg 7 0 锶u p p e 畦w i 拄lt 弹e 2 d 藏x kw 蘸如d 舶m eb o g i e 迅s e t 坤+ 骶罅h 嘲融gs t 窘班越辑e u “i n g p 时f 0 黼矗n c ea 1 1 d 五d ep 廿f o 黼a n c ea r e8 t u d i e d t h 蛳as e to fb o g i e s u s p e n s i o np o t e r sf o rt a n kc a rg 7 0a r cg i v e n f i i l a l l y ，t h cr 0 1 l e rr i gt e s t 妞g 7 e 溅e 群w i l h 瞧ed e v e l 罐醴p r o l o t y p eo fw e l 鑫e d 蠹啪幽。蠹ei s c a r 矗e do t ，丑n dt h es u s p 蹦鲢o np a r a m e t e 描8 n dd 强a m i cp e r f o r m 鞠c ea r e m e a s u 删t h r o u g hl h et i l e o r ya n a l y s i sa n dr o l l e rr i gt e s t 8 ，i l i n d i c a t e s 也a t 也e t y p e2 da x l ew e i d e df r 8 m eb o 掰ei ss l l i t a b l ef o rt h en h m i n g0 n 也ec h i n e s e f 3 i 8 y s ， k e yw o r d s ：f r e i g h tc 虬t 甜墩c 虬b o 西e ，w e l d e d 疗a m 岛d y n 锄i c s 西南窝通大学工褪硕士研究嫩学位论文帮1 页 第一牵绪薯会 隧饕铁路蜚饕辫霉鼗重量帮逡行速囊懿不辑撵裹，赞车转彝袈瞧在赣羞 增加转向桨承载能力和提高运行速度的方向不断发展。缴藏世界各潮货车转 向架的发展，主要有以前苏联、荧国三大件熬础上不断陂进、和以糊欧许多 国家羹辩4 整稳橥转两絮辩基砝上不灏竣墼辩夫途径“3 。这添饕类型转辩絮菩 有利弊。圆此，各国货车转向絮的发展也并不局限于此，而是扶自穗国家的 国情出发，研审4 新型转向架，毗适应增加轴照和提高运杼速度的需嚣。 本鬻疼薅禽交辨赞车转囊絮簿差要壁是徽遵费绥，瓣其茇曩趋势进行羲 测，并介绍本轮文晰傲的主要工作。 2 罄羚最圭翼黪装车转魏黎 y 2 s 型转向架脚 ￥2 5 囊转鑫蘩燕法蓬铁籍黎弱手弱掣栈并发臻制藏功翁一耱弹攘狡橥 和一系懋摭的货车转向架。由于萁性能理想。国际铁路联盟u i c 将藏确定为 歇潮铁路的标准货攀转向架，冀遮器速度为1 2 0 b h ，如龌l ，l 所承。 黼1 1t ，i c 标维型转向架法西y 2 5 转辩藤 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 y 2 5 原型转向架由于采用整体式焊接构架，且立板为单幅板的形式，故 具有重量轻、柔性好的特点，但对焊接工艺的要求较高。构架式的采用使 系悬挂采用轴箱螺旋钢簧加单侧顶柱式利诺尔摩擦减振器的方式成为可能， 这样簧下重量仅为轮对和轴箱，可以大大降低轮轨间的相互动力作用。 轴箱螺旋钢弹簧由高度不等的内、外簧组成，形成两级刚度。其目的是 在保证空车垂向平稳性的前提下，同时兼顾重车的垂向平稳性。转向架的载 荷在轴箱外侧是通过弹簧直接作用在轴箱上，而内侧是通过具有安装倾斜角 的吊环、弹簧帽和弹簧作用在轴箱上。由于吊环的倾斜角而使弹簧帽产生 个同转向架垂向载荷成正比的水平力作用于顶柱上，这个水平力即为摩擦减 振器的正压力，所以y 2 5 转向架能实现随空重车载荷变化而不同的摩擦阻力。 轴箱与导框之间在横向有一定的间隙，构架与轴箱有横向相对运动，所以减 振器在横向也有一定的减振作用。 y 2 5 型转向架在欧洲国家基本上采用u i c 标准球面心盘和常接触弹性旁 承。弹性旁承不仅可以承担一部分垂向载荷，还能提供限制转向架蛇形运动 的回转阻力矩及限制车体的侧滚运动。 目前，y 2 5 转向架已成系列产品，有多种型号，在欧洲国家中约有8 0 以上的货车采用y 2 5 系列转向架，其他国家也生产和使用y 2 5 系列转向架。 y 2 5 型转向架在早期也曾使用过铸钢整体构架，但由于铸造易产生缺陷、重 量大、构架整体刚度过大及环保等原因而在8 0 年代后基本停止生产。 y 2 5 型转向架的缺点由于轮对采用剐性定位，曲线通过能力较差，轮缘 磨耗大，在欧洲国家曲线线路不多，这一缺点暴露不会太充分，但不适宜在 中国这样曲线较多、曲线半径小的线路上运彳亍。 y 3 7 转向架 为提高货车的运行速度和开行快速货物专列，法国国铁于8 0 年代在y 2 5 和y 3 0 型转向架的基础上开发研制成功了一种适用于时速为1 6 0 k m 的y 3 7 型 货车转向架( 图l _ 2 ) 。同y 2 5 型转向架一样，y 3 7 转向架的轴箱定位采用轴 箱导框、螺旋钢簧加单侧顶柱式尼诺尔摩擦减振器的方式。转向架构架为整 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 贾 体焊接鞫架，侧粱淹整体焊接式双腹攫箱澎结构，在意右甄侧梁之间通过鼹 棂无缝钢管横梁联接，在横粱上安装基础制动装置。y 3 7 转向絮二系悬挂采 用了摇动台的形式，以降低其横向刚度。为限制车体的最大横向能移，减小 了轴辍与导框之嗣麴横向位移。基硝卷l 动莱爱盎型刳凌抽踏霞溥招嚣，每轴 上安装两个制动盘。由于二系采用了摇动静结构和加装盘型制动装置，故将 轴距加大至2 3 m 。较大的轴距最增加了构架重量，但可提高转向架的临界速 度。￥3 7 壁转彝蘩袋惩u i c 括漆璩瑟心鼗秘害接魅辫凌旁承。该转态絮具骞 结构简单和动力学性能理想的特点，线路试验的最高速度达到2 2 3k m h 。 图1 2 法国y 3 7 高速货车转向架 s w i n gm o t i o n 转向架”3 s w i n g t i o n 转向架属于三大件式，保持了三大件式转向架均载性能 磐麴姆点，著在鞋下死方瑟遴行了改进： ( 1 ) 在两侧架之问增设一弹簧托税，在弹簧托板和侧架之闻装有带弧 面的摆块，在侧架和承载鞍之间也以弧谢连接，侧架和弹簧托板组成一个党 叛客车转离架摇动台魏煞掬，秘絮耜黠予摇撬良横囊摆魂，大夫 级刚度弹簧，轴箱弹簧由高度不等的内外簧组成，使羡蓄萄娄霪毖繁臻j瑟毫擎露蠹孽驺霎薹戋： i蠢嚣麓鸯强瑁割问增设横向挡，横向挡的高度览摇槐挡的高度绦，这襻当孳俸受到翻囱力捧嗣时，巍侧彝力 l怒懿车辆耧 覆力矩和车轮减载显著 西南交通大学正程硕士研究生学位论文第4 页 s w i n g 女o t i o n 转彝桨霹大大挺毫运簿速度，最大运行速度可这1 6 0 k 蕊h ， 由于加大了悬挂的横向柔度，能有效地改善车辆横向运行平稳性和运行安全 性。假s w i n gm o t i o n 转向架受到三大件转向架结构的限制，重摄大，结构 复杂，癌耗婷较多，蕊大了缀修工终曩帮缝修残本，麓基爨毒麓装置餐只黪 采用单侧踏面制勘， 对于制劫距离要求较高的国家和地区是不适用的。 嗣前，s w i n gm o t i o n 转向架用于美国和加拿大等北美国家的快运集装箱 乎事释公锾嚣稿事上。 一一一 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第6 页 侧浆交叉支撑式三大件转向架8 “ 由于三大件转向架的抗菱刚度比较小，美国、加零大等国提出对三大件 转囊絮多静改造方察，其中之一是在两个侧架之闫趣装弹鞋交叉支撑藏为交 叉支撵转向架。这种转向架在侧架上焊接辅板，两根交叉支撵通过橡胶衬垫 固定在侧架筋板上，两根支撑交叉在转向架中心线上。两根交叉支撑可以在 摇撬下都穿过，氇瑶班在摇拽疆铡疆投上努孔穿过。 在燮叉支撑转向架的承载鞍和侧架导框座之间加羧橡胶垫，淹当选择橡 胶垫的三个方向剐度使轮对能过易于通过曲线，并减小簧下质量和对线路的 动力佟耀( 蟊蚕1 s 翡示) 。 西南交通大学工程颂士研究生学位论文第10 页 被欧洲许多国家酶铁路选用。 径向转向架和摆式转向絮 经肉转彝桨爨蠢熬爵鲶摸纛运魂稳定健葶瑟接线逶过一| 雯糍，裁适合予熹速 运行，也逡合于小曲线半径曲线多躺地嚣使耀，是一转鸯广泛应髑前景的赞 车转向架。 按式转扁椠葵蠢控毒g 释改蒋豢商稻横翔掇藏静髓缝。透过程嚣铡袈趣增 设支撑弹簧鲑的弹簧撬扳，在铡絮郛承载赣乏阕及农铡架彝弹簧抚擞之惩 l 进摇渤台连接。这种设计实际上魑使侧槊的横向摆幼象客车摇抗吊杆一样， 可鞋缓和来之线鼹翁激挽，璇褥越好的遐行平稳性，运行速疫可迭1 6 0 k 自h ， 荠哥减少轮魏、转禽絮零帮箨黪耱藕。 采用弹性常接触旁承 在车体和转向柴鞫架间翔装弹性常接触旁承对于掇蒲车辆攀统韵运动 穗定牲整嚣常有敲豹。袈主帮接舷弹瞧舅承瓣，萑褥率体与转翔禁擒橥在稳 对位移时产生阻照力矩寒抑制车体和转向架的蛇行运动。但过大的回转力矩 会恶化车辆的曲线通过性能。在遴择常接触弹性旁承的嘲转力矩辩葵从车鞠 运动稳定性和车辆运行平稳槛黼方面来练台考虑。 壤大弹簧静挠度和采用薅级8 4 度弹餐 增大弹簧静挠度可降低率辆远行中的萋向动力骼用，国外赫速赞车转商 架弹簸静挠度一般均程4 0 i 玎l i l 馘j 二，僵幽予鬣空、蘸车率钩连接条件的限制 窥魏7 提嶷空车静挠艘鞋提麓空牵动力性能，一些赞枣转良架袋熙了嚣级弹 簧8 4 发缝。 。4 本文聚擞豹王佟 1 蘸点研究了1 2 0 k m h 的2 d 辅焯接构架转向架豹设计方案，对轴藕的纵囱 攘黢垫、剥诺尔减摄器躲受力、连接车体与转囱絮阕靛心擞与努承的隧 抟黪撩力矩等关键参数遴纾? 分辑诗葵。 2 建立了精确的装用2 d 轴焊接构架转向架的罐车系统非线性数学模型，研 西囊鼋峰值1 馐偏i 辋葫一霉磕； ；i 固蓄曼! i 囊 ! = 毫t 囊鬟甏岽囊魏强噬参熏臻噬静拳 亍弘囊美鏊例掌占鬻嚣孓萋蠹藉譬瓢蠢驾囊需骅裂焉吲馕羞耋引j j 蠹奎翊翳醮列! 墓霪美影霉量彭鞴蟊两鳟辫笺i 御嘿匀嘤琴童萋吾妻惜霪： 獾漠弱蟮蟊囊蠢聪纂翼萋囊誊囊鲥要褥誉冀i 篓话薹墨妻巍薅耋凌。篓曩耄 麓n 羽筵囊；蒂垒毪律曼好爹冀蠢摧蓁薪篓j 群甄霰氢蔡番塾。篱怎豢 蓥奢攀定 西南嶷通大学工程硕士研究生学位论文第1 4 页 凝器： 符合g b l 4 6 卜8 3 标准轨距铁路机车车辆限界车限一2 要求 结构强度要求： 参照? 8 磨1 3 3 5 一l s 8 铁道车赣强度设计教试验签定靛落裁章亍 动力学性能螫求： 参照g b 5 5 9 9 8 5 铁道车辆动力举性能评定和试验鉴定规范执行 横翔及垂蠢平拣往撵蠡# 3 ， 脱轨系数( q p ) 1 0 轮重减载率( ap p ) o 6 镶覆系数d 0 8 西南霉i i 茜塞争e 戮嘣睾潆培一圆嘞i ；i 曩馕l 霸 囊? jp h i l 赫! i ! 意霍篷 莓g j l 篓蠢霎鳖蔓2 5 西南交遴大学王程颂士研究生学位论文第17 页 轴籍弹簧荫步设计参数为： 簧条巅径( h 1 l n ) 簧条中径( m m ) 有效闺数 总圈数 自由麓( i n m ) 羲翻刚度( k n 细r n ) 最大剪应力( m p a ) 弹簧缀空车静挠麈( n m ) 弹簧纽重车当熬静挠度( m m ) 弹簧缎变剐壤点( m m ) 夕 餐簸大挠发( h ) 3 0 1 4 3 5 l l 艇。7 2 。s轮瓣、辍籀及定德装鬟 轮对楚转囊絮瓣鬟要零褥，窀豫支承攀辅黥全部鏊爨羚，遥簧承受隶i 懿 力矩和轮轨间的务种作用力，它的性能对整_ 率的运动性能和对轨道的作用力 有重器稼翻。 攀轮采用e 婺l 整体疆锈零轮，滚动嚣壹经蓑戆麓8 4 0 ，瘗耗劐限壹掇 7 6 0 m m ，车轮踏面采用磨耗型踏面( l m ) 。车轴为r d 2 型，轴承采用能适应2 1 t 轴重要求的双尉灏雅滚子轴承，全封闭结构t 2 6 基础制动装鼍 麓础澍动第一方案采用与转8 a 转向架粪豫的单侧踏面箭劫型式，其结 构包括稍霸杠杆、阐嚣，溺嚣托，潮动梁、安全精，滚予轴，滚动套，下拉 杆等。闸嚣为高磨含成闸瓦，每个闸瓦掩上糟两块闸瓦。 弱一方案采用昂滑式双侧铡动装置，阐瓦托与粼动粱的连接为镝轴式连 接，滚予轴上移7 0 m m ，在构架的滑槽羹滚动，移动枉秆为两边排捌，闸瓦 一十_ _ _ 一 漕勰弛姗佛啪 b o 餐够鼢霹9姐嚣艏溉“姗懒泓 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 1 页 第羞牵装鬻构架式转辆架的罐车动力拳性髓分耩 3 。l 动力学性能评邂 对于罐车的蛇行失稳临界速成，要求商予篡最高运彳亍滤度，并照成具有 足够滟余蕊。对予运行平稳瞧窝麴馥遥建佳熊稳评悫，袭疆的豁壤必国标 g b 5 5 9 弘s 5 “铁道攀辆渤力学蛙麓浮定季瑟试验饕定筑藏”，计冀鲍豢关动力学 性能指标需达到以下要求： 车体横向及藿内平稳牲指标 3 5 车体垂向最大振动加速度 0 7 9 车体摸彝最大摄动女g 遽废鹋 脱辘系数q ，p 娜一 轮鬣减载率p p o 6 遭钉拔起，道舒应力斑弹性极限时的辘轨横肉力漩发为 q 蔓1 9 十o f 3 瑶o 斟) 式中，为车轮静载荷即轮重。 拣率在童线帮甄线轨道上运弦瓣，空重攀靖况下其轮轨横向力的隈度值 根据上面公式可计算如下： 窆车工凝：q e 筠，谤k n 重车工况；9 氆8 4 n 罐车的垂向翻横向平均最大搬动搬速度的评定按照豳标g b 5 s 9 9 8 5 的 方法避行，要求罐攀的乎稳性等级达到优级标准，即事体的垂向和横虞平均 最大搬动加速度需满怒； 一 f e 鼬2 1 5 矿+ o 锚 垂据振动 “5 o 嬲 3 5 矿+ 。蕊横褒攮翡 式中平均最大撮动加速度一x 的单位为g ，车速v 的单位为k “胁。表 一一* _ p _ _ _ _ 一 西南嶷潦大学正襁硕士研究雏学位论文繁2 3 贾 瀣予车辆系筑罄建飘骥遮嶷下出现蛇行失稳毒轨道激魏太小蠢关，嚣 诧，车辆在实际辘遂上的襁拜遮痍惑是套授予v d 籁v a 之间，不秘等级酶线 路，峨殍遽度也会不嘲。通常，线路条件蓑则临界速度低，好则临界速度赢， 筵蕊器逮寝宝义为瓣纛于实涿娥爨条磐鹣囊际蕊彝建菠。零摄巷鬈獗究车糍 系统的实际临界遮艘( 在焉弼均简称为幅并速度) 。蜜际临界遮庹的计算方 法炎：鲶庭一段霄瞧长的实嚣虢遂睫撬不平矮擞撬榉本函数，罄兔诖捌车避 萼亍鑫不平臻辘遥上并激发其壤动，蒸爱，迁魏车运霄在理怒竞潢辊遂上，遴 过观察系统的振动跳谮衰减列平衡位置，采判断系统鼹街出现蛇行失稳。如 在菜车速下系统撼擐葫不耩设敛至平衡按嚣，粥邃舞誊熟车速簸即为系统貔 实舔溺界速度。 醇她) 蘑3 1 攀赣系统翁爨遽度酶定义 3 ，3 馥线逶道靛缝诗算秘分辑蠢浚 髂舍我国载鼹条件，诗簿罐攀酸不礴遘篷分弱髓过不淘事裰静曲线线路 鲍曲线避过性能，计爨中考虑辘邋的随机不平顺激摭。邋过计舞，分析转囱 絮参数瓣罐车簿轮辘横鸯为、魅孰系数、轮羹疆载攀簿静影豌； 3 。4 遴露_ 孚稳经羚冀羁分耩方法 嚣予罐辜静运行平穗程谤群，采爱荚篓$ 薮虢瀵线臻港，瓿瀵其毒嚣警 方向的随机不平顺。在进行迓栉平稳性计算时，认为轨道的随机输入是各态 黔糍崎磁鼯 西南交通大学置程硕士研究生学位论文第2 4 贾 历经鲮，因此可以爝一段有隈茨静时间历程热线来模数快运平车在实际线路 上韵遣行情况。为了较为完垒地反映罐车的实际动态响应，计算时先让平车 在一段无激扰直线轨道上运行，然后在一段足够长的不平顺轨道上运行。车 薅摄速度蕺应的袋棒鼓乎车运嚣一致距裹嚣舞始进行，数据熬摹撵、处理耱 分析方法及平稳性指标计算方法则根据淘标g b 5 5 9 9 培5 “铁道车辆动力学性 能评定和试验鉴定规范”进行。 3 5 非线性数学模型的建立 3 。5 。l 非线性轮轨接触几何关系 祭糟删磨耗黧踏面车轮翱6 0 k g 轨榴珏配的轮辘接触几何关系，轮轨接 触几何参数认为是轮对横移攮的非线性函数，包括车轮滚动半径、车轮横断 _ 蠡夔攀半径、接触角、轮对爨滚燕、孰头横蕻嚣蠡率睾经。由予车轮稆锻软 可以舆有任意外形，轮轨接触几何参数狠斑直接表示为轮对横移溉的显函数 形式，因此，轮轨接触几何参数可表示为轮对横移璧的数表，而中间值则采 蠲线瞧撬蓬来诗舞。 3 。5 2 非线性轮轨相互作用力 轮孰阕静螨潜力盔地l k e r 菲线毪臻淆理论诗冀，然贡可通过迭代诗算 得到钢轨作用于轮对上的横向力和摇头力矩。 3 s 3 轴箱悬摭模塑 轴箱悬挂采用双卷钢圆弹簧，空重车两级刚度，在轴箱和导握之间内侧 设裂落尔减援器， 铡翻寿缎趣橡胶垫。囊予李l l | 籍一铡设考剩落露藏振器， 因此，轴箱一系惫挂垂向和横向刚度由轴箱两侧钢簧提供，轴箱悬挂的垂向 和横向模型为弹簧和变摩擦减振器相并联的模型，摩擦力的太小分别与利诺 春减援耩器巧弱级囱努力及橡胶垫鑫尊敬尚变形寿关。嚣辘籍悬臻豹缀商爨发 由橡胶垫一侧的弹簧刚度和橡胶垫刚度并联提供，利诺尔减振器帛环的纵向 蔼南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 5 贸 努力将黠轴籍在缀囊起到复鞭 乍鼹。辘瓣悬挂的攮彝秘缎彝摸鼙中还考虑了 轴箱横向和纵向间隙。 3 + s 。硅，玉盘、辩性旁承貘鍪 车体与构架问的连接采用平面心盘和双作用式常接触式弹性滚子旁承， 二者同时承载。在计算模型中，心盘考虑成具有较大的纵向、横向和点头刚 度。在垂匈方巍，将心盘等效考虑为两个弹簧支撵，弹簧其承受压缩变形， 当车体相对构架商较大的侧滚运动时，一边弹簧有可能会脱离即心盘一侧脱 离接触。在摇头方彝心盘只糍摩擦力矩。旁承在纵南方向则考建成弹簧和摩 擦减撵器串联模溅，在垂向方向a 考虑成一个弹簧( 橡胶垫) 和舅一个其霄 间隙的太刚度弹簧( 滚子) 的并联模型。 3 5 5 罐车的数学模型 罐车由车体、构架、轮对和轴箱悬挂等组成，为了精确地模拟轨道平车 系绕静运行缝赣，建攘嚣亨考虑了将系统攮自运魏帮豢淘运动藕合起来戆数学 模型。在本研究报告中定义轨道平车前进方向的第一个轮对为一位轮对，运 动坐标系( 如匿3 2 ) 取法如下：轨道乎窜的前进方向为x 轴；y 轴平行于轨 道乎谣指商左方；z 轴垂直轨道平面商上。整个罐车系统豹自由度数共计3 1 个，如表3 2 所示。 罐车的动力学方程霹譬戏如下一般形式 m x + f ( x ，x ，口) = f ( t ) 戏中z 为3 l 维向量，表征系统模型的3 1 个自由度，a 蹙亵征系统变化 参数的向量，聊为系统的激扰。在进行动力学分析计算时，除对已经给定 的罐苹基本参数谶行计算羚，还将霹动宠性熊影弼较大蘸参数滋行适当熬交 化，通过计算分析，以考察备参数选择是否合理，并且对上述参数进行优化。 亘塑爨塑查兰兰鼹塑堑塞塞堂焦堡塞麓! ! 夏 变参数旗究鲢主要窍旁承嚣菠、旁承硬压臻量、旁承缓嶷瓣骥、璐藏缀寇橡 胶垫剐皮、利诺尔减振器的吊环角度及各璨擦副的摩擦系数等。 表3 2 罐车蠖型熬垂直度 度 横移浮沉侧滚 点头摇头备注 l 刚体名称、 l 车俸 y c 蕊瓴筏弧 9构架iy b lz b i0 b ii = 1 2 8轮对j y 畸z 喇v wj ；l “ 注：寝中虬”衷承不考虑该自由度 豳3 。2 罐车运动坐标系 栽3 32 d 轴构架式焊接转向架基本参数 名称萃毽空车囊率 轮对质量k g 1 2 8 5 构架质量k g 9 6 9 车体质量畦g 1 2 6 0 07 5 8 0 0 轮对转动惯量i ，k g 翔2 7 8 0 i ，k g 开 1 4 0 i 。 k g 2 7 8 0 亘宣塞遵璺登工援塑土研究生学位论文第2 7 页 誊冬檠转魂馔量 l 廷g 疗 7 2 0 i n 妇甜 3 9 9 i n k g m 2 1 0 7 4 车体转动惯量i 。； k g m 2 2 5 2 3 4 1 0 0 6 4 8 。，k g 。岔i s 2 4 7 97 5 8 s s i 。； k g 酽 1 5 9 9 2 07 5 4 1 3 7 滚动嘲跨距l ，4 8 7 转蠢架轴距 l 。8 悬氇横向跨距 ml 。9 5 6 车轮滚动圆半径 m0 4 2 轴箱弹簧垂向刚度 m n m1 ，02 3 4 5 毒鑫蕤弹餐揍鑫8 凄溅，m 。0 。9 71 ? 轴葙弹簧纵向目度洲m 0 4 8 5 o 8 5 心盘摩擦力矩 k n m1 1 41 0 9 2 旁承摩擦蚕数 0 。2 5 车辆迮距 m7 。5 车辆踅心高度 m1 4 0 62 2 3 7 轴箱一霉棰横向间隙 m m1 2 轴箱一学框缀向瀚辍 m 馐 9 旁承横向间距 】，5 2 心擞摩擦系数 0 。2 5 旁承l 发潲m 0 ，4 2 8 7 旁承预压缩量 m m 3 0 旁承摩擦力矩 k n m4 8 9 一系数期橡胶垫辫# 度默m 】l 旁承纵向闽隙 0 利诺尔减振器吊环角( o ) 2 2 5 轴箱两侧磨耗板摩擦系数 0 2 5 3 。6 动力学参数的优化 3 。8 。 运动稳定往毒算 车辆系统蛇行避动稳定性与系统的结构和悬挂参数存在着密切的关系 堕壶塞塑盎堂墨臻塑主塑墨燕堂笪笙塞整垫夏 还受到轮孰接触几筒关系和车辚麓始状态的强烈影璃。零豢告在运动穗定蛙 计算过辊中进行了旗本模型及变参数方案晌蛇行失稳临界速度的计算，计算 时取一潋不平顺轨道和一段理想光滑轨道，并定义车辆系统的蛇行失稳临界 速度菇系统在实际辘道激撬下蘩次窭瑶极限筇运动( 等幅摄动) 露豹运行速 度。综合比较基本方案及各种燮参数方案的临界速度，得出临界逋度较高的 模型，从面对参数避行优化“”。 2 d 轴构架式弹接转向架货车基本模囊( 采考虑旁承缴向间隙) 始附录a 所示。其中对车辆性能影响较大的参数分剐为旁承弹簧刚度、旁承弹簧预压 缝量、辜鸯麓弹簧磺废、一系级趣猿黢垫翻度、剩诺零减强器豹吊环囊寝及心 盘、旁承等摩擦副的摩擦系数等，本章对上述参数进行了变参数研究，研究 结果如下：其中表3 8 。1 卜3 6 ，1 9 为空车工况，袭3 6 1 1 小3 6 1 1 8 为重车工况( 除表3 6 1 9 及表3 6 1 ，1 8 所示静结暴外，其余备工况计算 结果旁承纵向间隙均为零) 。 基本摸垄瓣鹱器速度：窒警1 2 7 妇h 重牵1 6 7 k m h 计算结果表明，旁承刚度、心盘和旁礅摩擦系数及旁承纵向间隙对该计 算模鼙蛇行运动稳定性豹影响较大。耋旁承剐度、心焱帮旁承摩擦系数增丈 时，车辆系统模型的蛇行临界逋度显著提离，而旁承纵向间隙增大时，蛇行 强暴速发剃甥显降低。 对于空车来说，当旁承两n 度增大到0 6 黼m 时，此时空车的蛇行失稳 临界速度可达到1 6 6k m h ，而当旁承摩擦系数取为o 3 5 时，临界速度也 霹鞋提舞蘩1 6 2 蕊h 。利谨客减振器静聚薜舞、辕镶弹簧月l 凄、一系缀彝 橡胶垫滕擦系数等对空车的i 临界速度影响不太大。此外，计算结果表明，一 系增热了级囱椽胶垫戳后，避免了掬架导摆耩辘箱豹剐性接触，鸯效地改善 了车辆系统的运行性能，僵刚度太小时，空举的蛇行失稳临界速度电会减低， 其刚度只有在6 1 l m n m 之间时空车的蛇行失稳临界速度达到晟犬值；旁承 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 1 页 袁3 、6 。l 。9 旁最缴南阕隙对褡莽速度豹影响( 空车) i 旁承纵向间隙( m m ) i ol 2 4 i 晦界速发x 磅 1 2 7l l l 瓢 9 4 袭3 6 1 1 0 旁承刚度对临界速度的影响( 熏车) f旁承剐度搿l n 涵 氆2 5 a 3 48 鸵s 7疆舒疆7 0 旁承心盘承重眈 l 2 3 ，6 9 61 ：1 7 1 5 8l ：1 3 41 ：9 2 9l ：78 2 i 旁承摩擦力矩( k n o l _ 4 2 51 9 3 824 4 434 23 9 9 l临界逋度( k f n ，h ) 1 5 61 6 01 6 73 t 03 1 5 袭3 61n 旁承预压缩量对稿界速度的影响( 重车) i 旁承预压缩置( m m ) 2 03 03 54 0 旁承簿攘力矩 1 6 2 92 4 4 4 2 ，8 5 1 3 2 5 8 ( k n 嘲 临界速度o m 曲) 1 6 61 6 71 7 42 1 8 衰3 矗1 1 2 窝诺尔躐撤器吊环角魔对晒界速度的影响( 重车) 吊环角度( d e g ) 2 0 2 252 5l 蕊赛速度辫骑 1 6 4 l 甜1 7 8 j 表3 6 1 ，1 3 轴箱弹簧水平刚度对临界速度的影响( 重车) 弹簧零平# g 疫 o 、6 1 6o 7 l li 3 5 ( m n n ) 临界速度( k r n h ) 3 2 53 0 81 6 7 1 6 61 6 4 表3 。6 1 4 一系教商橡校蓥# g 瘦对耩舞蘧蠹静彩嫡( 重车) 橡胶垫剐度( m n n ) 6 81 l1 31 5 l 豳界遮度k g 垮 1 7 l1 6 91 6 71 6 6 l “ 西南交道大学工程硕士研究生学位论文第3 5 贾 表3 。6 2 3 旁承蹦度对曲线遗过性戴滟影蝻 指标 刚度 2 饼羽蟛m o 4 2 8 7 m n m l0 6 m n 矗丑 i 横自力( 1 烈)6 3 2 8s 盘2 46 5 l l 脱辕煞数 o 。2 彳1 6o 2 鹞6o 2 7 8 8 轮霾减载率o 0 5 1 7- o 0 6 6 4。o 0 2 0 4 液36 2 ，4 箨旁承弹簧鞭压缩爨蹴i j i 线道过橼能的影响 l 指标 颈压妻 2 镪l l 撒3 翁3 s 毪l 搬 横自力( 燃) 5 9 2 6s 。s 2 46 ，1 8 碡 聪软蓉数o 。2 6 3 60 。2 6 3 60 ，2 7 5 7 轮藿减载率o 0 6 4 4- 0 6 6 4 0 3 3 7 西南交通大学工程硕士研究嫩学位论文第3 6 页 袭3 6 2 5 旁承弹簧预压缩量对曲线通过性能的影响 据标 刚度 o 3 4 5 m n ，m0 4 8 5 m n ，i 矬o7 1 9 a d t 矗n 横向力( 斟) 5 9 2 8 5 8 2 46 2 9 0 脱轨系数0 2 6 3 602 6 3 60 2 7 4 l 轮羹减载率o 0 5 6 0o ，0 6 6 4o 0 3 7 0 表3 6 2 6 一纵向橡胶垫刚度对曲线通过性能的影响 指标 嗣窿 6 m n ml l h d 拍n1 5 m n m 横向力( 1 n )5 9 2 95 8 2 45 9 7 9 脱孰系数o + 2 5 9 e0 1 2 6 3 6o 。2 6 7 6 轮鬟减载率 一疆0 6 0 4 o 0 6 6 4+ 0 8 4 空车诗算鳢粜( 聚j 3 m ，v _ 8 强耐辩 袭36 27 利诺尔减搬器吊环角魔对曲线递过性能的影响 i 指标 角度 2 护 2 2 ，5 。2 5 0 l 横向力( k n ) 4 6 7 2 4 8 1 45 1 4 3 脱轨系数 o 2 3 2 2o 2 3 8 2o 。2 4 3 8 l轮茧减载率e 1 6 6 5o 1 6 i 8o 1 2 5 2 装3 。6 2 + s 旁承嚣凄黯楚绫逶过洼簸瓣彩璃 l 指标 刚度 02 乳孙f ，mo 4 2 8 7 m n 7 m0 ，6 m n m l 横向力( 磷) 4 ；5 9 s4 ，s 1 44 8 6 3 麓轨系数 o ，1 8 5 4o 2 3 8 2o 2 4 1 2 1轮重减载率 o 1 8 8 90 1 6 1 8 o 1 6 4 垦童窒爨盔堂三堡塑受塞皇璺焦迨壅整塑戛 i 横囊力( 燃) 4 ，4 鹤 | 4 + 4 7 l l4 ，3 4 8 l脱鞔燕数o1 7 2 6 lo 1 7 5 8lo 1 6 5 6 轮重减载率 o 0 6 9 6 i o 。0 6 3 3 l o 0 8 2 6 袭3 矗2 3 s 辅籍弹簧承平l 废对藏缝逶过牲麓豹影确 l 指标 刚度 0 3 4 5 m n mo 4 8 5 m n 恤o7 1 9 m 禳惫力( k n ) 4 ，0 4 4 + 4 7 l4 5 8 8 i脱轨系数0 1 5 3 8o ，1 7 5 8o 1 8 1 3 l轮重减载率 0 0 5 7 6o 0 6 3 3o 0 6 6 5 袭3 6 2 3 6 纵系向橡胶垫剐度对黼线通过幢能的影响 f 指标 刚度 6 m n a nu m m1 5 m n m 横向力( k n ) 3 5 4 9 4 4 7 l4 6 7 2 脱轨系数o 1 3 7 l0 1 7 5 8o 1 8 8 3 l轮重减竣率 o 0 2 6 30 ，0 6 3 3o 0 7 2 7 空车计算结果( r ，1 0 0 0 m ，v m 8 0 h n ，h ) 表3 6 2 3 7 剥诺承减振嚣穗琢兔度对趣线通过燃姥静影响 i 指标 角度 2 0 n 2 2 5 02 s o i 横向力( k n ) 3 ，4 6 03 。5 6 63 8 0 2 l麓鞔系数 覆1 3 9 9o 1 毒5 50 1 4 豁 i轮重减戳率 o0 2 4 90 ，0 2 3 4o 0 6 1 6 表3 、6 。2 f 3 8 旁承酗发对趋线遴过蛙戆弱影嫡 刚度 指标 o 2 5 m n ，m0 4 2 8 7 m n mo 6 m n m 横两力( 雕) 3 垂| 3 3 5 5 6 3 6 0 8 脱轨系数 o 1 4 6 3 o 1 4 5 5 o 1 毒3 6 轮重减裁率 o 0 3 0 60 0 2 3 4o 0 4 3 4 里塑童塑壅堂三焦塑圭堑塞皇堂丝鲨塞 蔓堑基 i 横向力( k n ) 21 0 6 2 3 4 3 l2 4 1 8 脱轨系数00 8 6 6 o 1 0 3 1 1o 1 3 2 7 轮重减载率 o 0 0 7 9 o 0 5 8 9 io 叭4 6 表3 62 4 4 旁承弹簧预压缩量对曲线通过性能的影响 指标 预压置 2 0 m m 3 0 m m3 5 n l m 横向力( 1 州)2 0 7 82 3 4 3 2 3 9 0 脱轨系数 0 0 9 1 0 0 1 0 3 1o 1 0 2 6 轮重减载率0 0 3 3 9o 0 5 8 9o 0 5 2 9 表3 6 2 4 5 轴箱弹簧水平刚度对曲线通过性能的影响 指标 剐度 0 3 4 5 m 口岍n0 4 8 5 m n h0 7 1 9m l ，m 横向力( 1 澍) 2 0 0 5 2 3 4 32 _ 3 5 3 脱轨系数00 8 2 40 1 0 3 1o 1 0 1 0 轮重减载率 o 0 0 8 600 5 8 9 0 0 3 4 4 表362 4 6 一纵系向橡胶垫刚度对曲线通过性能的影响 指标 刚度 6 m n m1 1 m n m1 5 m n m 横向力( 斟)1 2 2 92 3 4 32 8 2 3 脱轨系数 o 0 5 3 7o 1 0 3 lo 1 2 1 8 轮重减载率 o 0 3 5 80 0 5 8 90 0 5 1 1 重车计算结果( r = 3 0 0 m ，v = 6 0 k m h ) 表3 6 2 4 7 利诺尔减振器吊环角度对曲线通过性能的影响 角度 2 0 02 2 5 02 5 0 i 指标 ! 横向力( 心4 )1 2 9 2 62 2 2 0 62 2 4 1 1 l脱轨系数 o “5 5 - 0 1 9 5 8 一o 1 9 8 9 i轮重减载率 o 1 0 0 00 1 2 3 30 1 0 9 1 亘圈堑塑盔堂王塑塑主塑塞篷堂篁迨塞塑塑垂 袭3 矗2 4 8 旁承刚度对曲线通过性能的影响 i 指标 刚度 0 2 5 m n mo 。4 2 8 7 m n 触 o 6 o t m1 l 穰良力( k n ) 2 0 2 3 4 2 2 2 0 62 0 6 9 5| 脱轨系数0 1 6 8 90 1 9 5 8 - o 1 7 3 1i i轮濠减载率0 1 3 7 80 1 2 3 3 o 1 7 5 5i 表3 ，6 2 4 9 旁承弹簿预压缩擞对曲线通过性能的影响 l 指椽 预压舅 2 0 渊 3 0 l m n3 s n 班l i 横向力( k n ) - 2 0 9 7 42 2 2 0 6 - 2 3 2 5 l 脱轨系数o 1 8 3 0o 1 9 5 8，0 。2 0 1 9 轮熏减载率o 1 1 7 6o 。1 2 3 3o 1 3 0 5 表3 6 2 5 0 轴箱弹簧水平刚度对曲线通过性能的影响 撵标 目眩 8 6 6 翔2 嚼融氆s 5 蠢9 淑li 始o 妇 横向力( k n ) 2 1 6 6 5。2 2 2 0 6w 2 4 6 9 3 脱轨系数 0 1 9 2 10 1 9 5 8w o 2 2 1 4 玲黧减载率 0 0 9 5 50 ，1 2 3 30 1 4 7 毒 表3 6 2 s 1 一纵系向橡胶垫剐度对曲线邋过性能的影响 f 指标 鼷度 税汪n 矗nl l m n 7 m1 5 m n 矗n l 横向力( k n ) 1 0 8 3 2。2 2 2 0 6m 2 3 4 8 0 l脱轨系数 0 0 9 4 4o 1 9 5 8。o 2 0 0 7 l轮黧减载率 0 1 2 4 50 2 3 3o 1 3 8 7 鬟辜计算结鬃( r = 3 戳v = 媳瞧) 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 9 页 表3 6 2 。6 l 一缎鬃囊穰薮垫潮度对螽线i 蠹道洼麓的影响 指标 刚度 6 m n m1 1 m n 锄1 5 m n h 横巍力( 姒)一5 2 7 24 8 名3 25 s ，4 2 7 脱孰系数 一o 2 9 9 8 0 2 8 8 93 1 4 0 轮藏减载率0 7 1 4 607 1 9 60 7 1 8 5 纛车计算结果( r = 6 0 0 m ，v = 6 0 k 圩沛) 表36 2 ，6 2 到诺尔减振器墨臻角度对整线逶过性毙黪影嚷 i角度 2 0 02 2 5 02 5 0 l 指标 l 横晦力( k n ) 1 0 8 01 。1 2 8 1 。2 3 4 瓣轨系数 - o + 0 i 1 60 。0 l l 彳，o 0 1 3 3 轮菔减载率 o 0 6 3 80 0 5 2 3o 0 4 8 6 表3 矗2 。6 3 努承嘲麦对魏线莲蓬戆缝懿影响 l 指标 刚度 o 2 5 m n mo + 4 2 8 7 m n m lo 6a d t k n l 横自力( 斟) 一0 6 9 7 一1 1 2 81 3 3 7 i脱轨系数 。0 0 7 8一o o h 7，o 0 1 3 8 轮麓减载率 o 0 5 1 20 0 5 2 30 0 5 3 6 表3 6 2 6 4 旁承弹簧预压缩嚣对魏线遴过性能静影响 预压镤 3 5 m m 指标 2 0 m m3 0 m m 横彝力( 斌) 一 。0 0 3 1 i 2 8，o 。掏4 0 脱轨系数 - 0 。o 1 0 6一o o n 7o o l l l 轮煎减载率 0 0 4 9 30 0 5 2 30 0 6 0 5 璺直塞逛查鲎王矍塑主受壅生璺笙篓塞整塾煎 袭3 1 6 2 。7 7 利诺尔减振器吊环角度对曲线通过性能魏彩确 l 指标 角度 2 0 0 2 2 5 02 5 0 横向力( k n )5 9 6 2 6 4 7 66 6 2 4 鞑辘鬟数0 ，0 s 6 3 ，黼袋o 0 6 s 轮踅减载率 00 3 4 l 0 0 5 3 7o 0 4 3 4 袭3 6 。2 。7 8 旁承疆度对魅线遗过睦糍黪影嚷 f 摆搽 刚度 o 2 5 m n ，mo 4 2 8 7 m n 触 0 6 m n l i 横勰力( i 斟)6 ，2 0 96 4 7 66 5 3 7 |聪轨系数0 0 5 8 2o 0 6 0 00 。0 6 2 2 轮莺减裁率 o 0 2 6 10 0 5 3 7 o 6 9 表3 矗2 7 9 旁承撵饕灏莲缩繁对藏线遴避滢能黪彰嫡 | i 称 预压黛 2 弧m3 0 n3 5 摊1 m 模囱力( ；漆)6 5 6 4 7 66 辱5 l 脱轨系数 o 0 6 1 50 0 6 0 00 0 6 2 4 轮震减簸率 o ，0 2 9 lo 0 5 3 7o + 0 5 4 2 表3 6 2 8 0 轴箱弹簧求平两8 度对鞠线通过性髓的影桷 i 指标 溅发 0 。6 1 6n 【移e no 8 5 翔2 船l1 0 9 魏n 7 m i 横渤力( k n ) 5 9 8 4 & 4 7 矗 6 5 2 4 脱轨系数o 0 5 5o 0 6 0 0o 0 6 0 3 轮莺躐簸率 0 。5 0 20 0 5 3 了0 潞3 8 液3 6 2 8 1 纵惹向橡胶垫剐度对曲线邋过性能的影响 l 指拣 刚凄 6 l 哦蝌mn m n m l1 5 m 州m j 横向力( k n )3 2 7 86 4 7 6 8 4 6 8 l脱孰系数 o 0 3 1 3 o 0 6 0o 7 9 6 堕受鬈追查堂兰塑塑主堑塞黧鲎丝迨塞。麓塑墨 琵弱添f j 丽丁百聂r r _ 两订 一”11“。”100”+。11。“+。p_-_。-。_-_o 耋率诤算结巢襄j 耱赫 ，v 链敬g 妇) 袭36 2 8 2 刹诺尔减搬器吊环角度对曲线道过性能的影嗨 ；指标 囊褒 2 妒2 2 尹 2 护 i 横向力