33t轴重内燃机车方案及机车曲线黏着问题研究

针对我国30 t轴重重载技术体系中还没有30~33 t轴重内燃机车的现状,基于25 t轴重HXN3机车技术平台,提出33 t轴重内燃机车分别采用三轴传统转向架和三轴径向转向架2种基本方案。建立机车发挥牵引力时的动力学模型,通过理论分析和数值仿真研究机车曲线通过时导向轮对车轮横向蠕滑率的特点及其对纵向黏着力的影响,并基于总蠕滑率的考虑给出曲线黏着计算公式。针对大半径、小半径两类曲线,对比研究径向转向架和传统转向架通过曲线时导向轮对左右侧车轮黏着系数和蠕滑率的特点,揭示采用径向转向架对改善曲线黏着的优势。研究结果可为今后我国研制大轴重、高黏着内燃机车转向架提供参考。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(一)--水介质条件下黏着特性

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6µm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0~30%时的制动黏着特性。结果表明:在纵向蠕滑率从0.5%增至5%~8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%~8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^(-1)时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300~400 km·h^(-1)范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段,有利于提高轮轨黏着的利用。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(二)——水介质条件下纵向蠕滑控制模式对黏着特性影响

利用1∶1高速轮轨关系试验台,研究试验速度从200 km·h-1提高至400 km·h-1后轮轨间水介质条件下在不同的黏着阶段施加不同纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制对大蠕滑黏着特性的影响,重点分析200,300和400 km·h-1速度时在黏着再上升阶段施加不同的蠕滑控制使黏着进一步上升的特点和规律。结果表明:在黏着力系数第1个峰值点至“低谷点”的不稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制均会导致黏着力系数下降;速度为200和300 km·h-1时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点的稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制一般会使黏着力系数进一步上升,并出现“卸载峰”;时速为400 km时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点稳定阶段的中间位置(纵向蠕滑率为12.5%附近),施加纵向蠕滑率卸载控制或蠕滑率保持4 s控制更易导致黏着力系数再上升,并出现“卸载峰”;在黏着再上升阶段施加纵向蠕滑率保持4 s控制将使黏着力系数进一步上升,非常有利于提高轮轨黏着利用率。

基于全尺寸试验台的水介质条件下高速轮轨黏着特性试验研究

基于全尺寸高速轮轨关系试验台,模拟轮轨接触界面在水介质条件下的轮轨黏着特性,研究喷水量、轮轨接触表面粗糙度、喷水温度、轴重和运行速度对水介质条件下高速轮轨黏着系数的影响规律。结果表明:水介质条件下,喷水量、轮轨接触表面粗糙度、运行速度对轮轨黏着系数影响较大,喷水温度和轴重对其影响较小;随喷水量的增加轮轨黏着系数逐渐减小,但当喷水量达到200mL·min-1后黏着系数不再减小;随着表面粗糙度的增加,运行速度对轮轨黏着系数的影响逐渐减弱,表面粗糙度增至1.0～1.1μm时运行速度对轮轨黏着系数的影响很小;在40～200km·h-1速度范围内,轮轨黏着系数随速度的增加减小得较快,而在200～400km·h-1速度范围内减小得较为缓慢;轮轨黏着系数随喷水温度的升高而增大,喷水温度为0℃(下雪)时的轮轨黏着系数较常温时下降11%～15%;轮轨黏着系数随轴重的增加而减小,在动车组常用轴重10～16t范围内轴重对轮轨黏着系数的影响只有10%左右。

不同工况下轮轨黏着-蠕滑曲线特性

在轮轨滚动接触模拟试验机上采用均匀连续变化差的试验方法,进行不同工况和不同法向力条件下的轮轨黏着-蠕滑曲线试验,并利用两种数值拟合方法研究不同试验条件下的黏着-蠕滑曲线峰值点位置和初始斜率。结果表明:不同工况下的轮轨黏着-蠕滑曲线有较大差异,与干态相比,水、油工况下不仅导致黏着系数明显降低,还会导致峰值点发生明显左移;水、油工况下撒砂可有效提高黏着系数并使峰值点位置右移;干态下法向力增加对黏着系数和峰值点位置影响较小,但会导致曲线初始阶段斜率的下降;水、油工况下法向力的增加均会使黏着峰值点位置左移,并在水态下导致黏着系数的明显下降;撒砂后法向力对黏着系数及峰值点位置的影响较小,但曲线初始阶段斜率随法向力的增加呈下降趋势。通过试验和数值拟合获得轮轨黏着-蠕滑曲线特征参数的方法可为后续轮轨黏着研究提供参考。