基于柔性构架的某型宽轨电力机车整车动力学特性研究

作     者：韩磊 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史青录

授予年度：2023年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：六轴宽轨电力机车 柔性构架 动力学性能 曲线通过性 

摘      要：近年来,我国经济有了突飞猛进的发展,铁路行业也随之蓬勃发展。铁路运输目前的发展趋势是朝着运行速度越来越快、质量越来越轻、载重越来越大的方向发展,铁路的快速发展也反过来促进了经济的迅猛发展。随着我国越来越重视铁路的发展,对相关部门也提出了与时俱进,加快铁路车辆更新换代的要求。随着车辆速度不断提高,车辆在高速状态下的弹性振动对车辆系统的影响已经不能被忽略。转向架构架作为机车中非常重要的部件起着承上启下的作用,本文以某型宽轨电力机车为研究对象,在机车动力学模型中引入柔性构架以研究其在不同路径中对机车动力学性能的影响。本文首先介绍了轨道车辆的动力学评价指标与轨道不平顺激励,随后在ANSYS中建立宽轨电力机车转向架构架的有限元模型,对其进行模态分析与子结构分析得到柔性体构架。通过对宽轨电力机车的组成部件进行研究,建立了包括机车车体、转向架、轮对及一系和二系悬挂系统的数学模型,在SIMPACK中根据宽轨电力机车实际的参数建立机车动力学模型,将得到的柔性体构架导入机车动力学模型中生成了柔性构架的机车刚柔耦合模型。选用美国五级轨道谱作为外部激励,对比分析了两种模型直线行驶时的动力学性能,得出结论:柔性构架的机车模型垂向平稳性指标与横向平稳性指标相比于刚性构架的机车模型有小幅度的增加;柔性构架的垂向与横向振动加速度要大于刚性构架,这是由于车辆在行驶过程中激发了构架的模态振动;柔性构架会使得轮对的轮轨作用力有所增加,这不利于机车的安全行驶。通过设置不同曲线半径R1000m、R600m、R300m曲线线路来研究两种模型不同曲线的通过性能,得出结论:相比刚性构架,柔性构架会使得机车的脱轨系数、轮重减载率与轮轨作用力有所增加;刚性构架与柔性构架机车都可以以120km/h的车速安全通过R1000线路;刚性构架机车可以以100km/h的车速安全通过R600曲线线路而柔性构架机车可以以90km/h的车速安全通过R600曲线线路;刚性构架机车可以以65km/h的车速安全通过R300曲线线路而柔性构架机车可以以60km/h的车速安全通过R300曲线线路。柔性构架会使得机车的曲线通过性能有所下降。