浅析一系轴箱悬挂参数对车辆动力学性能的影响

浅析一系轴箱悬挂参数对车辆动力学性
能的影响
摘要本文通过对一次台架滚动试验结果入手，分析一系轴箱悬挂参数的变化对车辆动力学性能中的临界速度与曲线通过能力的影响，给出一系轴箱悬挂参数选取意见。

关键词滚动试验；一系轴箱悬挂参数；动力学性能
1绪论
一系轴箱悬挂于车轴轴颈的两端，它的主要作用，其一：向钢轨传递整车的重量。

其二：对轮对的纵向、横向以及垂向的弹性定位，缓冲来自不同方向的振动，改善转向架的平稳性，抑制转向架的蛇行运动。

本文从一次滚动试验结果分析，针对一系轴箱悬挂的参数变化对车辆动力学性能的影响，研究不同悬挂参数下动力学性能变化规律，进而给出合理的悬挂参数选取意见。

2试验结果
滚动试验台的主要功能之一是测试车辆的临界失稳速度，进行试验时，要求试验台模拟直线轨道，各车轮与轨道轮之间的相对位置基本形同。

车辆在平直轨道上运行时所产生的蛇形运动，就是由于轮轨接触点之间存在着蠕滑而引起的，它分为两种：稳定的蛇形运动和不稳定的蛇形运动，而蛇行运动由稳定过渡到不稳定时的速度被称为临界速度。

稳定的蛇行运动主要是指车辆在理想的平直道上运行时，轮对具有一定的定位刚度，各悬挂参数匹配适当，在某一速度范围内运行，这时所产生的蛇行运动的振幅是随着时间的延续而衰减的。

但是当车辆的运行速度超过某一临界数值时，他们的振幅随着时间的延续而不断地增大，使轮对左右晃动，对于转向架或车体，则出现大振幅的剧烈运动。

A型一系轴箱悬挂刚度比B型一系轴箱悬挂刚度大。

表1为A、B两种参数的
一系轴箱悬挂滚动试验的结果，装配A型悬挂的试验工况全程（0km/h～160km/h）重空车均未失稳，而装配B型悬挂的试验工况在到达一定速度后开始出现蛇形运动，并且蛇形运动的幅值随着速度的增加有逐渐加大的趋势，虽然未测试出其临
界失稳速度，但如果继续升速，B型悬挂的工况会先失稳。

表1 滚动试验结果
如表2所示，A 型一系轴箱悬挂的三向刚度在空、重车情况下均大于B 型。

此数据在参数测试台上测得，是为一系轴箱悬挂在转向架中作用时的三向刚度，垂向载荷对其有一定影响，而并不只是材料自身刚度所决定。

表2 一系轴箱悬挂的三向刚度
3结果分析
此次试验由于A 型悬挂比B 型悬挂三向刚度均减小，缺少单一变量，无法直接对比出结论。

采用控制变量法来分析，以下分析只考虑单一参数变化，不考虑其他悬挂参数影响。

有理论研究结论指出，一系纵向定位刚度在数值较小时，临界速度数值随刚度增大而增加，趋势比较明显；在到达一定数值后，增长幅度逐
渐减缓；继续增大，临界速度反而逐渐减小，但变化不大。

同时发现，随着一系
横向定位刚度不断的增加，临界速度数值不断增加，虽然到达一定数值后增长幅
度平缓，但依旧表明一系横向刚度的增加有利于提高车辆临界速度。

所以从理论
上说，减小一系轴箱悬挂的横、纵向刚度，会降低临界速度数值。

结论与试验表
现一致，B型一系轴箱悬挂在试验时已经出现蛇形运动，而且试验速度最大时，
蛇行幅值未收敛，可以推测如果加大试验速度，B型一系轴箱悬挂工况下车辆会
先达到临界状态，进而失稳。

但是并不是说一系轴箱悬挂的刚度越大越好，机车车辆动力学性能评价主要
有运行稳定性、平稳性以及曲线通过能力三大方面。

一系横向、纵向定位刚度的
大小不仅仅影响蛇行失稳临界速度及平稳性，也会对机车曲线通过能力产生影响。

过大的横向定位刚度会约束轮对发生横向移动，严重影响其过曲线的能力。

是因为车辆过曲线时，内侧车轮与外侧车轮的滚动圆半径不一样，轮对会向外侧
移动，而曲线线路对转向架有一个限制作用。

此时，轮对就会相对转向架发生一
定横移量。

过大的横向定位刚度会约束轮对发生横向移动，严重影响其过曲线的
能力。

过大的纵向刚度也会不利于提高机车的曲线通过能力。

一系纵向定位刚度的
增加引起的曲线通过能力变差，是因为机车过曲线时，理想情况下轮对应该位于
曲线径向位置，轮对与转向架在水平面发生一定相对转动，在纵向上轮对和转向
架一定会有相对位移的变化，而相对位移与线路曲线半径的取值有关，当半径越
小横移量越大。

因此,过大的一系纵向定位刚度会限制轮对和转向架之间的纵向
位移,使轮对不能够满足过曲线处于径向位置的条件，从而使机车曲线通过能力
降低。

4结论
当一系轴箱悬挂横向、纵向定位刚度到达一定数值后时，虽然临界速度未达
到最大，但满足车辆运行需求，所以一系轴箱悬挂参数的选择可以在满足运行速
度的同时兼顾曲线通过能力等其他动力学性能，选择适中的定位刚度。

此次试验中工况为一系轴箱悬挂整体刚度改变，分析采用单一变量原则，缺少多个悬挂参数改变对车辆动力学性能的影响分析，而且仅考虑了临界速度与曲线通过能力，下一步计划可以增加试验工况内容，并且把二系悬挂考虑进来，进一步从试验角度研究悬挂参数对车辆动力学的影响。