不同结构的径向转向架与普通转向架之理论比较

文章编号:1002-7610(2002)03-0013-10

不同结构的径向转向架与

普通转向架之理论比较

J.F.GA RCIA,等(西班牙)

摘　要:比较了不同结构径向转向架与普通2轴转向架间的动力学性能。分析的重点是直线稳定性、曲线轮轨横向力和轮轨磨耗指标等参数。其结果表明,所研究的径向转向架结构在一般应用范围内,没有比普通转向架起到更好的作用。但在特殊运行条件下和某些应用形式中,某些径向转向架比普通转向架更具优势。

关键词:径向转向架;结构;比较

中图分类号:U270.33 文献标识码:A

Theoretical Comparison Between Different Configurations of

Radial and Conventional Bogies

J.F.GARCIA,etc.(Spain)

Abstract:T his ar ticle co mpar es the dy namic behav io ur o f differ ent config urat ions of r adial and conventional t wo-ax le bo gies.T he analy sis has been co ncentr ated o n par ameter s such as st ability,la teral w heel-t rack for ces in cur ve and w heel w ear indices.T he r esults sho w t hat t he r adial bo gie configurat ions studied do not ma ke sig nificant co ntribut ions in g eneral applicatio ns w ith reg ar d to a conv ent ional bo gie.It is only under specific r unning conditions and types o f serv ice t hat some radial bo gie config ur ations pro vide adv antag es w it h r espect t o the conv ent ional bog ie.

Key words:radial bog ie;co nfigur atio n;compar e

在最近几年中,新型径向转向架的应用从货运到高速交通以及城间交通中不断出现。某些专家指出,采用这种措施能改进其稳定性,而某些专家则认为径向转向架能改善车辆曲线通过能力:轮轨力和轮轨磨耗。

虽然许多论文涉及到这方面的研究,强调径向转向架的优点,但不可能找到径向转向架和普通转向架进行各方面比较的方法。一般而言,这种可行的方法得到的结果与根据有关稳定性、轮缘磨耗和运营种类得到的结果是无法类比的。

近年来,对有关转向架导向能力方面的研究一直在进行,对它们的分析采用了各种各样的途径。学者Wickens和De Pater从全局出发,使用数学模型作为研究的起点,然后向着转向架导向能力的设计方面进行探索。其他学者则以现有转向架结构为前提,对其导向性能进行理论分析。例如Scheffel学者对单轮对转向架、独立旋转轮转向架等非传统结构进行了这方面的分析。

基于不同的战略目的,这些分析以促使具有导向

能力的转向架进行试制和开发。暂且不提2轴自导向转向架,仅以常用的采用柔软的一系悬挂刚度出发,我们涉及到下列各种型号:

(1)具有合适的一系悬挂刚度转向架;

(2)两轴间具有运动学约束的转向架;

(3)两车轴、两转向架和两车体间具有运动约束的转向架;

(4)机车转向架;

(5)无构架转向架。

某些自导向转向架已经在商业上得到应用,而其他的还处于试验阶段。关于获得的结果,技术文件几乎没有提供关于减少轮轨磨耗和减少横向轮轨力方面可比较的数据。为了收集各种导向型转向架的比较数据,国际铁路联盟研究实验局(ORE)和欧洲铁路研究所(ERRI)先后对许多自导向转向架进行了比较分析。由于这些转向架在试验期间没有在同等条件下进行试验,因而试验结果难以评估。为了得到可评价的结果,试验时间必须足够长。从其他自导向转向架得到的试验结果同样存在上述问题。因此,由于运行条件和设计

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结构・设计

标准不一致,造成转向架的试验结果与普通转向架的结果之间不具有可比性。

根据径向转向架的技术参数和某些优点,他们可以提供关于改进稳定性(增加直线上速度)、减少轮轨载荷(增加曲线通过速度)和减少轮轨间的磨耗(降低维修成本和噪声),决定对各种导向机构的性能进行理论比较。用不同结构的转向架装于同一车辆上,并在同

样的运行条件下进行比较。在确定一些决定稳定性和曲线通过性能的特定参数时,采用相同的设计标准,而且这些结果还要与普通转向架的结果进行比较。

将同一个动力学稳定性要求用于所有不同的转向架设计特别重要。一系纵向刚度的减少导致车辆曲线性能的改善,但一般在优化中,一系纵向刚度的减少将引起动力学稳定性的恶化。这种曲线性能的比较不会得到任何优缺点的有效评估,因为对所有转向架结构的稳定性要求是不一样的。

由于该原因,设计的第一阶段是比较不同的设计,包括确定与通常要求的动力学稳定性和其他车辆性能(制动、最大横向位移和牵引力)相一致的纵向一系刚度的最小值。

本文的主要目的是在满足同一稳定性条件下,比较不同结构径向转向架基本设计的曲线通过性能,但该结论可能随应用区域而变化。对高速交通、地区交通和城市公共交通这3个领域进行了研究。用于曲线通过性能比较的参数主要是指同一转向架轮对横向力和前导向轮外侧的磨耗。

先进的动力学仿真程序具有建立车辆动力学模型的功能,其精度足以保证其比较的正确性。本文所分析的比较方法是采用SIDIV E动力学仿真程序,该程序的主要特性在参考文献[1]中能找到,其结果的正确性在VSD[19]、[20]中验证。

1　结构研究

本文只涉及4种结构的径向转向架,它们用于同一辆车的设计。仿真计算中,没有考虑每个特殊结构附加元件所增加的质量,并认为强迫约束是理想的。假定实际过程的特性是介于本文的仿真结果与普通转向架结果之间的值。

以下是对每种结构转向架的简要介绍。

1.1　结构1

(1)定义

传统2轴转向架,见图1。

(2)主要外形

见图1。

(3)每种转向架的自由度

DX1、DX2和DX b分别代表2个轮对和转向架的绝对纵向位移;

DY1、DY2和DYb分别代表2个轮对和转向架的绝对横向位移;

GZ1、GZ2和GZb分别代表2个轮对和转向架的摇头角位移。

图1　普通转向架

1.2　结构2

(1)定义

通过2根交叉杆连接2个轮对的转向架。假定2根杆是刚性的,并假定其质量可以忽略不计。在2根交叉杆中间没有连接,见图2。

(2)主要外形

见图2。

(3)运动方程

DY1-S×GZ1=DY2+S×GZ2

DX1=DX2

图2　用2根杆连接2车轴的转向架

图3的转向架结构相当于图2。

14国外铁道车辆　第39卷第3期2002年5月