轮对自由横动量对C0轴式机车动力学性能的影响

(中车资阳机车有限公司，四川 资阳 641300)

0 引言

轮对自由横动量的大小对转向架运行稳定性以及通过曲线的状态有着决定性的影响，C0轴式机车没有传统的转向架结构，可以简单理解为一个大轴距转向架。文章以某C0轴式机车为研究对象，探讨轮对自由横动量对此类机车动力学性能的影响。

1 机车模型

本文采用的C0轴式机车模型由车体、3个驱动制动装置、6个轴箱、3个轮对组成。无二系悬挂，一系悬挂由6个钢簧组成，轴箱通过拉杆直接与车体相连，无垂向和横向减振器，驱动制动装置一端通过3点吊挂于车体下部，另一端通过齿轮箱抱于车轴上，端轴轮对与轴箱之间有3 mm的自由横动量，中间轴轮对与轴箱之间有28 mm的自由横动量，采用薄轮缘踏面JM3-25与60 kg/m钢轨匹配。

C0轴式机车模型的自由度及广义坐标见表1，共13个刚体，总计39个自由度。图1为机车动力学计算模型。

表1 C0轴式机车模型的自由度及广义坐标

图1 C0轴式机车动力学计算模型

2 直线运行性能

分析轮对自由横动量对机车运行稳定性的影响，取端轴自由横动量在0～3 mm变化，中间轴自由横动量在0～30 mm变化。由图2可见，随着端轴自由横动量的增大，机车临界速度呈下降趋势，但是增大到2 mm后，临界速度变化较小，而中间轴自由横动量对机车临界速度无影响。

机车以30 km/h速度通过轨道激励为美国6级谱的直线时，由图3～图5可见，无论中间轴自由横动量如何变化，直线运行时机车横向平稳性指标、轮轴横向力和脱轨系数变化较小，而端轴自由横动量为0时略有差异，影响甚微。

图2 轮对自由横动量对机车临界速度的影响

图3 轮对自由横动量对机车横向平稳性指标的影响

图4 轮对自由横动量对轮轴横向力的影响

图5 轮对自由横动量对脱轨系数的影响

3 曲线通过性能

分析轮对自由横动量对机车曲线通过性能的影响，选取表2所列曲线为计算工况，同样取端轴自由横动量在0～3 mm变化，中间轴自由横动量在0～30 mm变化。轨道激励为美国6级谱。

表2 曲线工况设置

计算结果如表3～表6以及图6～图10所示，可以看出随着中间轴自由横动量不断增大，导向力、脱轨系数、轮重减载率、轮缘磨耗因子均不断减小，轮对冲角变化微弱，但有增大趋势，其中轮重减载率在中间轴自由横动量达到17.5 mm后变化微弱。而对于端轴自由横动量，在中间轴自由横动量范围在0～17.5 mm，端轴自由横动量与导向力、脱轨系数、轮重减载率、轮缘磨耗因子成反比，与轮对冲角成正比，范围在17.5～27.5 mm，端轴自由横动量与导向力、脱轨系数、轮重减载率、轮缘磨耗因子成正比，与轮对冲角成反比，大于27.5 mm后，端轴自由横动量对机车各项动力学指标影响微弱。

表3 端轴自由横动量0 mm时曲线上动力学指标

表4 端轴自由横动量1 mm时曲线上动力学指标

表5 端轴自由横动量2 mm时曲线上动力学指标

表6 端轴自由横动量3 mm时曲线上动力学指标

4 结语

1)增大端轴自由横动量对机车运行稳定性不利，造成机车临界速度降低，但是当达到2 mm后，影响程度减小，而中间轴自由横动量对机车临界速度无影响。

2)直线运行时，轮对自由横动量对机车横向平稳性指标、轮轴横向力和脱轨系数变化影响甚微。

3)曲线通过时，中间轴自由横动量对机车各项动力学指标影响较大，增大中间轴横动量有利于机车曲线通过，改善导向力和脱轨系数，降低轮缘磨耗。而端轴自由横动量的设置应根据中间横动量的选取进行调整，但是当中间横动量大于27.5 mm，端轴自由横动量对机车各项动力学指标影响微弱。

4)从分析结果可以看出，现有C0轴式机车设置的3-28-3 mm是一个合理的选择。