影响东风7C／7G机车轴重转移的几个因素分析

影响东风7C／7G机车轴重转移的几个因素分析
文章通过正交试验对影响东风7C/7G机车轴重转移的因素：一系弹簧刚度、二系旁承刚度和牵引点高度等进行了分析。

得出影响机车轴重转移的重要程度依次为：牵引点高度，二系旁承刚度和一系旁承刚度。

通过多组试验得出最佳的牵引高度为：325mm，此时得到机车黏着重量利用率为0.949。

标签：东风7C/7G机车；正交试验；轴重转移；牵引点高度
前言
轴重转移又称轴重再分配，它将严重影响机车黏着重量的利用，限制机车牵引力的发挥。

此外，还影响到机车转向架及驱动机构的强度。

轴重的转移，在某些情况下可以达到轴重的20%或更高。

因此，对影响机车轴重的因素的分析，对如何降低轴重转移，提高轴重利用率就有着格外重要的意义[1]。

1 影响轴重转移的因素考虑
影响轴重转移的结构参数有：一系及二系的悬挂方式（包括有无均衡梁、旁承的弹性或刚性、旁承的数目等）、牵引销高度、转向架轴距、两个转向架中心销间距离、牵引电动机的布置方式（顺置式还是其他布置方式），还有最大牵引力、车钩高度、轴数等。

在以上这些结构参数中，有些是总体设计所要求的，几乎没有选择余地，如轴数、最大牵引力、车钩高度、中心销间距、轴距等。

而可以合理选取的主要有牵引销高度、电动机布置方式、旁承形式及个数等几项[1]。

2 对7C/7G机车轴重转移计算分析
由上文介绍可知，影响轴重转移的很多因素是总体设计时已经确定而无法改变，我们只针对设计时可更改的几个影响轴重转移的主要因素进行分析。

这里，我们选取了一系弹簧刚度、二系旁承刚度和牵引高度三个因素进行正交试验分析。

2.1 机车轴重转移计算分析
机车轴重转移时，设f1-f6依次为从Ⅰ端导轴起各轴轴箱弹簧的伸长量，δ1-δ4依次为从Ⅰ端起各位旁承弹簧的压缩量，α1、α2、β分别为Ⅰ端转向架、Ⅱ端转向架和车体的转角，顺时针方向为正。

机车结构及受力分析如图1所示：
图1 机车结构及受力分析图
由图1可得如下变形协调条件：
各轴一系弹簧的减载量
各轴二系弹簧的减载量
各轴减载量为：
（4）式中，正值为减载，负值为增载。

对车体列力及力矩平衡方程：
对前转向架构架列力及力矩平衡方程：
对后转向架构架列力及力矩平衡方程：
2.2 正交试验
正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法.它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合及影响结果的各因素的主次顺序.文章用到极差分析法（R法）对正交试验结果进行分析，极差分析法的内容如图1所示：
图1 R法示意图
图中，Kjm为第j列因素m水平所对应的试验指标和；Kjm为Kjm的平均值。

由Kjm大小可以判断第j列因素优水平和优组合。

Rj为第j列因素的极差，反应了第j列因素水平波动时，试验指标的变动幅度，Rj越大，说明该因素对试验指标的影响越大，根据Rj的大小，判断因素的主要次序。

Rj的计算方法为
选取牵引点高度（A）、一系弹簧刚度（B）、一系旁承刚度（C）三个参数进行9组正交试验，分析三因素对机车轴重转移的影响.列出正交试验表如表1：
表1 正交试验表
2.3 通过上述计算公式及正交试验表，对所列数据进行计算，得出正交试验结果列于表2中：
表2
2.4 结果分析
从我们设计的试验因素数值进行的正交试验结果中可以看出，牵引点高度A 是影响轴重转移的最主要因素，其次为二系旁承刚度，最后是一系弹簧刚度。

理想化取值，A=625，B=1.66，C=20.9，此时，机车的轴重利用率为η=93.88%。

3 7C/7G机车最佳牵引高度确定
在上述分析的基础上，又对7C/7G机车的最佳牵引高度，即机车能够获得的最大黏着利用率时的牵引高度进行了数值分析。

在一系弹簧和二系旁承刚度保持不变的情况下，对不同的牵引点高度进行数值计算，得出不同点的黏着利用率，列于表3中：
表3 不同牵引高度下的黏着利用率
对h=325牵引高度周围数据进行了进一步计算得出，东风7C/7G机车的最佳牵引高度为h=336.25（mm），此时，机车的黏着利用率为0.949。

5 结论和建议
（1）通过正交试验整理，可以得出影响7C/7G机车轴重利用率最大的是牵引高度，其次是二系旁承刚度，最后是一系弹簧刚度；
（2）而7C/7G机车的理想最佳牵引高度为336.25（mm），此时可以得到机车的黏着利用率为0.949，比目前机车设计的轴重利用率有很大提高；
（3）由于转向架及车体的实际结构的原因，牵引点在水平布置的情况下，不可能降低到理想值h=336.25（mm），所以，就要求有新的设计思路。

在很多文章中提到可以采用倾斜式牵引装置的结构，实现降低牵引点高度，进一步优化机车的牵引结构设计。

也希望今后，有更多同事从事这方面的研究，对提高东风7C/7G机车性能作出努力。

参考文献
[1]鲍维千.机车总体及转向架[M].北京：中国铁道出版社，2012.
[2]邬亦湛.东风7型调车内燃机车转向架轴重转移计算[Z].1982.
[3]陆冠东.机车轴重转移和立项前一高度的计算[Z].大连：内燃机车，1986.
[4]马世全.采用倾斜牵引装置提高机车黏着重量利用率的分析计算[Z].大连：内燃机车，1993.。