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第35卷第5期
铁道机车车辆
Vol 35 No 5
2015年10月
RAILWAY LOCOMOTIVE & CAR
2015
文章编号:1008-7842(2015)05-0046-03
单摆式径向转向架机理及动力学研究
史炎
(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031)
摘要给出了一种新型径向转向架,依据径向转向架设计原理,对轴箱定位方式进行了突破性设计,以最少的杆
件解决了转向架曲线通过性能和横向稳定性之间的矛盾,首次提出了非对称径向转向架概念,动力学分析表明此
转向架曲线通过效果比较明显。
关键词径向转向架;非对称;单摆
中图分类号:U260.11文献标志码:Adoi:10.3969/.issn.1008-7842.2015.05.10
德国人 KLOSE在1883年提出了如果轮对在曲线机构,如图1、图2所示,则2个轮轴的摆动互为镜像,相
上沿切线方向作纯滚动,则轮轨间的磨耗将为最小的向或相背,这就是单摆式径向转向架的工作原理
理论,并基于此理论提出了径向转向架的基本设想。20
世纪初,德国人和瑞士人在此基础上提出了径向转向架
的设计理念,按此理念设计的径向转向架于20世纪30
年代开始装车试验,并取得了一定的效果。最先投人
广泛运用的是南非人 Herbert Scheffel于20世纪70年
代初发明的货车径向转向架。此外还有英国的 Cross-
braced、德国的 DRRSV等几种货车径向转向架。这些
径向转向架无一例外全部是对称结构,径向调节时绕轮
轴中心转动,轴箱两端定位刚度一样,纵向定位刚度大
则不利于径向调节,刚度小则降低了稳定性,这是一个
两难的决策,水平定位刚度选择余地不大。
单摆式径向转向架很好地解决∫这个问题,径向调
节时以一端的轮轨接触点为转动中心,不再要求左右水
平刚度一致,可以大幅度提高转动中心一端的纵向刚
1,6,8一关节;2,7一轮轴;3,4,5一连杆
度。转K6型转向架是齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限
图1单摆式径向转向架原理
责任公司研制开发的25t轴重通用货车转向架,本文以
转K6型转向架参数为蓝本建立单摆式径向转向架模
型,分析结果与转K6对比,取得了预期的效果。
单摆式径向转向架原理
C
车辆通过曲线时轮对理想位置是轮轴中心线指向
曲线圆心,能实现这样功能的转向架就是径向转向架,
文献[1]、[2对径向转向架的原理和现有的径向转向机
3,4,5一连杆。
构作了深入的研究及详细的闻述。现有的径向转向架
图2连杆机构示意图
轮对转动中心都位于构架中心线上,其径向调节机构关
这种径向转向架所用的杆件数量极少,只有3个
于构架中心对称。设想将左端轴箱与左侧架铰接,右端杆,相对原有转向架改动不多,具有较好的继承性。该
自由,则轮轴能像单摆一样绕铰接点摆动,为了耦合前机构运动链共有5个活动构件(N=5),有7个回转副
后轮对的运动,在右端用连杆3、4、5组成一个径向调节(P=7),此机构的自由度W=3N-2P=1,即该机构只
史炎(1964一)男,高级工程师(收稿目期:2015-03-30)
万方数据
第5期
单摆式径向转向架机理及动力学研究
有一个自由度:炳个轮对相对摇头的自由度,横向移动
自由度由左右侧架提供。
2动力学模型
采用 SIMPACK动力学软件建立转K6转向架的
右曲线
系0.0
三维货车动力学模型,在此模型上增加3个连杆构成径
左曲线
向机构,同时提高图1左端轴箱纵向定位刚度以限定左
轴箱相对侧架纵向移动,因为前后轮对摇头耦合,相互制
约,可以大幅度减小右端轴箱纵向定位刚度,使之成为单
摆式径向转向架,2种转向架的轴箱定位刚度参见表1
20
时间/s
表1轴箱定位刚度
MN/m
图5脱轨系数
位量
单摆式
K6
左端
右端
转
纵向
3.2非线性临界速度分析
横向
在直线轨道上对车辆施加一个AAR四级轨道谱
激扰,将速度递增,直至第1位轮对横向振动不再收敛,
动力学特性对比分析
计算得到表2的结果。
分别对单摆式径向转向架和转K6转向架的动力
2非线性临界速度
学性能进行仿真计算。
单摆式
转K6
3.1单摆式径向转向架对称性分析
空车
以相同的速度通过相同半径的带直线段的左、右曲
重车
135
线,对比第1位轮对冲角和轮轨横向力、脱轨系数。仿
真结果如图3图5所示,在圆曲线上,左曲线比右曲线
单摆式径向转向架空车时的蛇行临界速度最高
的冲角减小8.7%,横向力、脱轨系数高度对称,可认为3.3曲线通过性能分析比较
单摆式径向转向架具有对称的动力学性能。
计算两种转向架以50km/h速度通过超高为100
mm,曲线半径80~800m时,第一导向轮对冲角和轮轨
横向力、脱轨系数。
图6显示,曲线半径小于500m时,单摆式径向转
向架导向功能显著,曲线半径在200m左右时,轮对径
向效果最佳,冲角能减少39%,曲线半径超过500m
右曲线
左曲线
后,冲角趋于平缓,最终与转K6转向架一致。
图7、图8表明,两种转向架的轮轨横向力相差较
小,脱轨系数相当,都不超过0.41。
单摆式径向转向架左右轴箱纵向定位刚度可以相
时间/s
同或不相同,两者的组合方式多样,尚需作更多的研究。
图3冲角
右曲线
20
---左曲线
单摆
冲角差
转K6
100200300400500600700800
曲线半径/m
时间/s
图4横向力
图6冲角对比
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