随着高速铁路的建设,到2020年,我国客运专线建设量达到1.6万公里以 上。当客运专线并入既有线时,为了满足铁路运输要求,一种既能满足干线运行 条件,又能满足客运专线运行条件的铁路技术装备——跨线高速机车的研制是相 当迫切,并且还是很有必要的。 A-1-A轴式机车作为新型设计跨线机车,轴重和最高运行速度都能满足高速 线路运的基本要求,动力学性能的好坏将直接影响机车是否能够跨线进入高速线 运行。 首先,利用多体动力学软件SIMPACK建立机车模型,研究计算机车的整体 动力学性能,结果表明:A-1-A轴式机车干线运行时,速度相对较低,动力学性 表现较好;跨线进入高速线时,以200km/h的速度通过直线和曲线时,机车的动 力学性能都能够满足高速线路运行要求。 其次,对A-1-A轴式机车悬挂参数进行优化,在保证其他动力学性能指标 合格的情况下,提出一组新的悬挂参数,确保能够获得较小的轮轨力。 为了进一步判别A-1-A轴式机车能否上高速线运行,将A-1-A轴式机车与 现役的CRH2动车进行动力学性能对比。机车整体动力学性能不及CRH2动车, 采用新悬挂参数的A-1-A轴式机车,在德国高干扰线路上运行时,210km/h的动 力学性能与CRH2动车250km/h时的动力学性能相当;通过曲线时,A-1-A轴式 机车210km/h时的曲线通过性能与CRH2动车250km/h时的曲线通过性能相当。 最后,对独立制动轴必要性进行分析。为了降低簧下质量,端轴轮对釆用独 立制动轴装置,随着簧下质量的降低,轮轨力降低不明显,但采用新悬挂参数机 车,轮轨力有明显的降低。为了获得较小的轮轨力,先应通过优化悬挂参数,在 悬挂参数达到最优或者结构条件不能满足的情况下可以选择釆用独立制动轴装 置,来降低簧下质量,进一步降低轮轨力。 关键词:跨线机车;A-1-A轴式转向架;动力学性能;簧下质量;轮轨力 西南交通大学硕士研究生学位报告 第II页 Abstract With the construction of high-speed railway, more than 16000 kilometers passenger dedicated lines(PDLs) will be built by 2020.When the PDL is incorporated into the existing railway, in order to meet the requirements of railway transport, the development of a new railway technical equipment—cross-line locomotive is very urgent and necessary. The locomotive can satisfy not only the running conditions of main railway lines,but also the running conditions of PDLs. As a new designed cross-line locomotive,axle load and maximum speed of A-l-A locomotive can satisfy the basic requirements of high-speed railways, and the dynamic performance will directly affect whether the locomotive can run on the high-speed lines or not. First of all, the A-l-A locomotive model is established in the software SIMPACK to study the dynamic performance, and it is showed that: the A-l-A locomotive's dynamic performance is good when running on the main railways with a low speed; When the locomotive running on the high-speed railways with a speed of 200km/h,its dynamic performance can satisfy the dynamic requirements of high-speed railways. Secondly, the suspension parameters of the A-l-A locomotive are optimized, and a group of new suspension parameters is put forward to get a smaller wheel-rail force, which makes sure the other dynamic performance indexes can satisfy the basic standard. In order to furtheriy distinguish whether the A-l-A locomotive can run on the high-speed railways or not, the dynamic performances of A-l-A locomotive and CRH2 are compared. It is showed that the dynamic performance of CRH2 is better than the locomotive, and when running on the Germany high-interference lines, with the new suspension parameters, the dynamic performance of the 210km/h A-l-A locomotive is equivalent to the dynamic performance of CRH2 at the speed of 250km/h, Besides,the 210km/h A-l-A locomotive's curve passing performance is equivalent to the 250km/h CRH2's curve passing performance. Finally, analyse the necessity of the independent brake shaft. In order to reduce 西南交通大学硕士研究生学位报告 第III页 unsprung mass, every end shaft adopts the independent brake shaft. With the unsprung mass getting lower, the wheel-rail force decreases not obviously, but the wheel-rail force of the locomotive with the new suspension parameters reduces obviously. In order to get a smaller wheel-rail force, firstly, we should optimize the suspension parameters. When the suspension parameters are optimal or the structure can not meet the conditions, we can use the independent brake shaft to reduce the wheel-rail force. Key words : Cross-line Locomotive; A-1 -A Bogie; Dynamic Performance; Unsprung Mass; Wheel-rail Force 西南交通大学硕士研究生学位报告 第IV页 目 录 第1章绪论 1 1.1 lu s 1 1.2国内外研究现状 2 1.3A-1-A轴式机车 4 1.4报告主要研究内容 5 第2章机车动力学模型及动力学性能评价标准 6 2.1机车动力学模型 6 2.1.1机车模型 6 2.1.2机车初始参数确定 7 2.1.3轮轨接触几何关系 8 2.1.4轨道不平顺 8 2.2动力学评价标准 11 2.2.1稳定性 11 2.2.2平稳性 11 2.2.3曲线通过性能 13 2.3本章小结 14 第3章A-1-A轴式机车整车动力学性能 15 3.1蛇行稳定性分析 15 3.2直线运行平稳性分析 16 3.2.1 A-1-A轴式机车通过干线时动力学性能 16 3.2.2 A-1-A轴式机车跨线运行时动力学性能 19 3.2.3驱动制动单元加速度 23 3.3曲线通过性能 24 3.3.1准静态曲线通过 24 3.3.2动态曲线通过 24 3.4本章小结 27 第4章悬挂参数对机车动力学性能的影响 28 4.1 一系悬挂参数对机车动力学性能的影响 28 西南交通大学硕士研究生学位报告 第V页 4.1.1 一系纵向刚度 28 4.1.2 一系横向刚度 29 4.1.3 —系垂向刚度 30 4.1.4 一系垂向阻尼 31 4.2 二系悬挂参数对机车动力学的影响 31 4.2.1 二系纵横向刚度 31 4.2.2 二系垂向刚度 32 4.2.3 二系横向阻尼 32 4.2.4 二系垂向阻尼 33 4.2.5抗蛇行减振器阻尼 34 4.2.6电机横向親合减振器阻尼 35 4.3本章小结 36 第5章A-1-A轴式机车与CRH2动车动力学性能对比分析 38 5.1动力学性能对比(原方案) 38 5.1.1德国高干扰线路平稳性对比 38 5.1.2德国低干扰线路平稳性对比 39 5.1.3 R2800曲线通过性能对比 40 5.2动力学性能对比(新方案) 41 5.2.1德国高干扰线路平稳性对比 42 5.2.2德国低干扰线路平稳性对比 43 5.2.3 R2800m曲线通过性能对比 44 5.3本章小结 45 第6章独立制动轴必要性分析 46 6.1德国高干扰线路平稳性对比分析 46 6.1.1平稳性指标对比 46 6.1.2轮轨力对比 47 6.2德国低干扰线路平稳性对比分析 50 6.2.1平稳性指标对比 50 6.2.2轮轨力对比 51 西南交通大学硕士研究生学位报告 第VI页 6.3 R2800m曲线通过性能对比 54 6.3.1 54 6.3.2轮对横向力对比 55 6.3.3轮重减载率对比 56 6.3.4脱轨系数对比 56 6.4本章小结 57 结论与展望 59 Ml m 61