轨道除雪车工作小车动力学性能分析研究

唐士茗

【摘 要】针对轨道除雪车工作小车的结构特点，为了其运行安全性，结合线路实际情况及相关标准对其进行了分析、计算，根据GB/T 5599-1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对其动力学性能进行了评估。结果表明：轨道除雪车工作小车在规定限速下的动力学性能可满足相关标准的要求。

【关键词】轨道除雪车工作小车;脱轨系数;曲线;道岔;动力学性能

中图分类号： U216.412文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）21-0001-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.001

Research on Dynamic Performance Analysis of Track Snow Thrower Working Trolley

TANG Shi-ming

（China railway construction high-tech equipment co.，LTD.，Kunming Yunnan 650215，China）

【Abstract】Base on the structural characteristics of the working trolley of the track snow removal vehicle，in order to ensure its operational safety， the dynamic performance of the trolley is analyzed and calculated in combination with the actual conditions of the railway and relevant standards.The dynamic performance of the trolley is evaluated according to GB/T 5599-1985"Criteria for Dynamic Performance Evaluation and Test Appraisal of Railway Vehicles".The results show that the dynamic performance of the working trolley of the track snow removal vehicle under the specified speed limit can meet the requirements of relevant standards.

【Key words】Working trolley of track snow removal vehicle;Derailment coefficient;Curve;Turnout;Dynamic performance

0 引言

為了解轨道除雪车工作小车在0-60km/h的速度范围内，其结构的动力学性能，本文在建立模型的基础上，对工作小车的动力学进行了计算，并针对分析、计算中的结果，对小车在各工况下的速度进行了限定。

1 基本结构和载荷

工作小车主要受到垂向液压油缸向下的垂向下压力，下压油缸施加的垂向载荷作用于轨道除雪车车架的四个角点ABCD，如图1所示。除此外，还受到自身重力的作用。

2 动力学模型

通过采用德国航空航天中心开发的SIMPACK机械/机电系统运动学/动力学仿真分析软件，对轨道除雪车的动力学性能进行分析、计算，模型如图2所示。

由于工作小车没有设置一系悬挂，仅靠自身的柔性以适应线路不平顺，但SIMPACK软件中的模型为刚体模型，为了模拟出小车的柔性，通过计算小车的一系等效垂向刚度以代替其自身柔性。

在小车的四根车轴上施加垂向载荷，即1、3位车轴施加向上的垂向载荷，2、4位车轴施加向下的垂向载荷。计算出小车车轴在垂向载荷作用下的垂向变形，通过垂向载荷除以对应的垂向位移即可得出对应的等效一系垂向刚度，计算结果如表1所示。

为了预留一定的余量，小车垂向刚度取6.5MN/m，小车的等效一系横向刚度根据经验取值为2MN/m，一系纵向刚度根据经验取值为5MN/m。

计算参数列于表2中。

3 小车动力学性能评判标准

根据GB/T 5599-1985的规定和运行的实际情况，轨道除雪车工作小车的动力学性能使用脱轨系数和轮重减载率同时评价小车的脱轨风险。

3.1 脱轨系数标准

根据GB/T 5599-1985的规定，车轮脱轨系数标准为：

第一限度： ≤1.2，第二限度： ≤1.0（1）

式中：Q—爬轨侧车轮作用于钢轨上的横向力，kN;

w—爬轨侧车轮作用于钢轨上的垂向力，kN。

3.2 轮重减载率标准

根据GB/T 5599-1985的规定，轮重减载率按以下标准评定：

第一限度： ≤0.65，第二限度： ≤0.6（2）

式中：ΔP—轮重减载量，kN;

—增载和减载侧车轮的平均轮重，kN。

4 轨道除雪车工作小车在直线上的运行安全性

在美国V级谱线路条件上运行时，在60km/h速度范围内，轨道除雪小车的脱轨系数均小于1，轮重减载率均小于0.65，满足GB/T 5599-1985的要求，但为了增大安全裕量，建议最好以55km/h以下速度运行。

5 轨道除雪小车曲线运行安全性

5.1 曲线参数设置

根据《铁路线路设计规范》，曲线最大欠超高为70mm，困难地段为90mm。根据线路轨距、车辆运行速度V与曲线半径R、超高h、欠超高hd有如下关系：

V= = （3）

由于轨道除雪小车运行速度低，且在曲线上运行时一般处于过超高状态，其按欠超高设置曲线不符合实际线路情况，故结合《铁路线路设计规范》设置曲线参数见表4。

5.2 曲线半径R250m，外轨超高从180mm→30mm

从以上的计算结果可知，虽然轨道除雪小车在曲线半径R250m，不同超高曲线线路运行时脱轨系數均小于1.2，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求，但在超高大于100mm，速度高于30km/h时其轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求。在半径为R250m的曲线上运行时，建议在外轨超高小于h100mm，速度不超过20km/h的曲线线路上运行。

5.3 曲线半径R300m，外轨超高h100mm

轨道除雪小车在曲线半径R300m，外轨超高h180mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.2，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在30km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到30km/h运行。

5.4 曲线半径R400m，外轨超高h100mm

轨道除雪小车在曲线半径R400m，外轨超高h100mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.2，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在30km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到30km/h运行。

5.5 曲线半径R600m，外轨超高h80mm

轨道除雪小车在曲线半径R600m，外轨超高h80mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.2，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在30km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到30km/h运行。

5.6 曲线半径R800m，外轨超高h60mm

轨道除雪小车在曲线半径R800m，外轨超高h60mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.2，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在30km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到30km/h运行。

5.7 曲线半径R1200m，外轨超高h50mm

轨道除雪小车在曲线半径R1200m，外轨超高h50mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.0，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在30km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到30km/h运行。

5.8 曲线半径R1600m，外轨超高h35mm

轨道除雪小车在曲线半径R1600m，外轨超高h35mm曲线线路运行时脱轨系数均小于1.0，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求;但在45km/h以上速度运行时，轮重减载率始终大于0.65，不满足GB/T 5599-1985的要求，故在实际线路上应降速到45km/h及以下速度运行。

5.9 曲线半径R2000m，外轨超高h180mm

轨道除雪小车在曲线半径R2000m，外轨超高h180mm曲线线路以60km/h及以下速度运行时脱轨系数均小于1.0，轮重减载率均小于0.6，满足GB/T 5599-1985的要求。

5.10 曲线半径R2500m，外轨超高h180mm

轨道除雪小车在曲线半径R2500m，外轨超高h180mm曲线线路以60km/h及以下速度运行时脱轨系数均小于1.0，轮重减载率均小于0.6，满足GB/T 5599-1985的要求。

5.11 曲线半径R2800m，外轨超高h180mm

轨道除雪小车在曲线半径R2800m，外轨超高h180mm曲线线路以60km/h及以下速度运行时脱轨系数均小于1.0，轮重减载率均小于0.6，满足GB/T 5599-1985的要求。

5.12 曲线半径R3500m，外轨超高h180mm

轨道除雪小车在曲线半径R3500m，外轨超高h180mm曲线线路以60km/h及以下速度运行时脱轨系数均小于1.0，轮重减载率均小于0.6，满足GB/T 5599-1985的要求。

6 轨道除雪小车通过道岔时的安全性

根据铁路技术管理规程，我国铁路常用的小号道岔有9号（最高通过速度30km/h）和12号（最高通过速度45km/h）。

从以上的计算结果可知，虽然轨道除雪小车在通过9号道岔时脱轨系数均小于1.0，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求，但在速度为30km/h时其轮重减载率将大于0.6的安全限度，但小于0.65的容许限度，因此，为确保除雪小车的运行安全，建议在通过9号道岔时，应以25km/h以下速度运行。

从以上的计算结果可知，虽然轨道除雪小车在通过12号道岔时脱轨系数均小于1.0，满足GB/T 5599-1985对脱轨系数的要求，但在速度为45km/h时其轮重减载率将大于0.6的安全限度，但小于0.65的容许限度，因此，为确保除雪小车的运行安全，建议在通过12号道岔时，应以30km/h以下速度运行。

7 结论以及轨道除雪小车安全运行速度总结

根据以上不同工况的计算，建议各工况下轨道除雪车工作小车的安全运行速度如表25所示。

本文根据GB/T 5599-1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》，对轨道除雪车工作小车在直线、既有线路和高铁线路的缓和曲线和圆曲线、道岔上运行时的动力学性能进行分析计算，结果表明直线上安全性指标满足标准要求，在既有线路的曲线和道岔上需要根据不同曲线半径、不同超高按一定速度限速运行，在高铁线路上以设计速度通过曲线时各项安全性指标满足标准要求。

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