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收稿日期：2007－10－25 单牵引杆布置方式对 机车动力学性能影响分析
陆超，罗世辉，姚远
（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）
摘要：采用多体动力学软件SIMPACK 建立了一种完整的2B0机车模型，通过在直线和曲线上的仿真计算，分析了单牵引杆布置方式，长度，角度对机车直线上的横向动力学性能以及曲线通过性能的影响，研究表明：外侧单牵引杆方式要优于内侧单牵引杆方式，牵引杆长的影响不显著，倾斜角对内侧单牵引杆方式影响更显著。 关键词：单牵引杆；布置方式；机车动力学
中图分类号：TB122 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(2008)03－0007－04
Analysis on influence of the arrangement about single traction rod
on locomotive dynamic performance LU Chao ，LUO Shi-hui ，YAO Yuan
（Traction Power State Key Laboratory ，Southwest Jiao-tong University ，Chengdu 610031，C hina ）
Abstract ：A complete dynamics model of 2B0 locomotive is established by means of SIMPACK in this paper.With the simulation calculation on the straight line and curve line ，the influences of the arrangement ，the length and the angle to the horizon dynamics on the straight line and curve passing performances of locomotive are analyzed.The research show ： The performance of traction rod outside is better than which inside ，the length of traction rod is barely influence ，the angle of it could heavily influence the performance of traction inside.
Key words ：single traction rod ；arrangement ；locomotive dynamic
牵引装置是连接机车车体与转向架的重要机构。它将轮轨间相互作用产生的牵引力或制动装置产生的制动力传递到机车车体，通过车钩实现列车牵引或制动。因此，牵引装置必须同时满足运动学、动力学、安全性等方面的要求。
机车运行时，因为牵引点与轨面间存在高度差，轮轨间作用力将对转向架产生附加力矩，使机车出现轴重转移，机车的粘着性能降低。而由于水平牵引杆很难实现低位牵引，而提高粘着利用率的方法之一就是采用低位牵引装置，有因为受到结构限制，牵引装置不能过低，而通过牵引杆斜布置能解决此矛盾。故实际中我们常采用斜牵引杆。如在国内B0-B0轴式机车上大量采用的中央推挽式牵引装置，SS8，DJ1，DJ2，SSJ3等型号机车均采用该模式牵引装置。
但与此同时，由于斜牵引杆长以及倾斜角的不同，在构架上布置方式的不同，当机车牵引作用时，会导致一端构架上的牵引杆受拉，另一端构架上的牵引杆受压。这些因素有可能对机车在运行过程中的动力学性能指标产生一定影响。本文以某2B0架悬式机车，采用单牵引杆为例，利用SIMPACK 动力学软件，从牵引杆长和倾斜角入手，分析牵引杆布置方式，杆长和倾斜角对机车动力学性能的影响。
1 计算模型简述
该模型为2B0架悬式机车，采用单牵引杆布置方式。利用SIMPACK 动力学软件建立动力学计算物理模型，见图1。模型考虑了车体、2个构架、4个轮对、轴箱、一系与二系弹簧和减振器等。牵引电机刚性架悬在构架上。模型共15个刚体，50个
自由度。其中轮对的垂向和侧滚运动是由横移决定的，不是独立自由度。模型主要参数：转向架轴距2.9 m ；转向架中心距10.65 mm ；车钩高880 mm ；轨距1520 mm ；轮径1250 mm ；轴箱转臂长450 mm ；轴箱横向自由间隙0.5 mm ；弹性间隙8 mm 一系弹簧纵、横向刚度都为1.147 kN/mm ；单轴箱拉杆纵、横向刚度分别为17 kN/mm 和4 kN/mm
；一、二系
静挠度分别为59.5 mm 和154.4 mm ；轴重22 t [1]。
图1 2B0架悬机车的物理模型
本模型的主要特点是将牵引杆一端用可绕Y 轴和X 轴转动的转动铰来模拟牵引杆与转向架连接，另一端用力元件同车体相连。本文讨论杆长和倾斜角对动力学性能的影响。分别取杆长为（单位：m ）：0.6，0.8，1.0，1.2，1.4；倾斜角为：0°～20°，并组合不同工况。在计算中，采用美国AAR 标准6级轨道不平顺，踏面为JM3磨耗型踏面，轨道为国
内60 kg 钢轨。在不改变其他悬挂参数的情况下，采用两种不同布置方式进行分析比较：
（1）方案1
牵引杆分布在转向架内侧。采用内侧单牵引杆方式，牵引杆一端与转向架铰接点位于转向架内侧，距转向架中心1.9 m 处，距轨面高0.5 m 。
（2）方案2
牵引杆分布在转向架外侧。采用外侧单牵引杆方式，牵引杆一端与转向架铰接点位于转向架外侧，距转向架中心1.9 m 处，距轨面高0.5 m 。 2 牵引杆对机车直线运行性能的影响
利用SIMPACK 建立机车整车动力学模型，在临界速度范围内，机车以较大的速度在直线上运行，运行速度为180km/h 。经过计算比较，发现两种方案的各项性能指标中，垂向平稳性、摇头角及轮重减载率相差不大，而第三轮对处的轮缘力、轮轴横向力和脱轨系数差异较为明显，计算结果见图3～
图5，同时比较了两种方案在前司机室的横向平稳性，如图2所示。为了对比两种方案性能的区别，其中左图a 为方案1的计算结果，右图b 为方案2的计算结果，各图中横坐标为牵引杆布置角度，纵坐标为各动力学性能指标。
（a ） （b ）
图2 两种不同方案在前司机室的横向平稳性指标
如图2所示为前司机室的横向平稳性指标，比较上述两种方案，可以发现牵引杆布置方式对横向平稳性影响较小，采用方案1，牵引杆长及倾斜角的增大，前司机室的横向平稳性指标基本保持不变；而在方案2中，横向平稳性随牵引杆长及倾斜角的增加逐渐降低，但变化幅度不大。两种方案都达到了UIC518良好的标准，但方案1的横向平稳性要优于方案2。
（a ） （b ）
图3 两种不同方案在第三轮对上的轮缘力
（a ） （b ）
图4 两种不同方案在第三轮对上的轮轴横向力
由图3、图4可知，轮缘力和轮轴横向力在两种方案中的图形趋势类似。方案1的轮缘力和轮轴横向力随牵引杆长的增加，有一定的减小，但不显著。而随倾斜角的增加先逐渐减小，当达到一个最
牵引力角度
牵引力角度
横向平稳性
车轮力/k N
牵引力角度
牵引力角度
轮轴横向力/k N
轮轴横向力/k N
横向平稳性
牵引力角度
牵引力角度
车轮力/k N
小值时，转为急剧增大；最小值处于8°～10°这个范围。方案2的轮缘力和轮轴横向力则基本不随牵引杆长变化，而随着倾斜角的增大，先缓慢减小再转为逐渐增大。但与方案1相比增长幅度要小得多。由图形可以还看出，采用外侧单牵引杆方式的轮缘力和轮轴横向力比牵引杆内侧布置的轮缘力和轮轴横向力要小得多，对机车运行有利。导致这种现象的原因有可能为，牵引杆内侧布置，在机车运行时，牵引杆会随着牵引杆长及倾斜角的不同，产生不同的垂直分力作用在转向架上，同时产生不同的力矩，对第三轮对的动力学性能产生影响。但其结果都是在可接受范围，并没有超出安全标准。
（a ） （b ）
图5 两种不同方案在第三轮对上的脱轨系数
图5表示两种方案第三轮对的脱轨系数，由图5可知，两种方案的脱轨系数，与轮轨力的计算结果类似，第三轮对处相差较大，方案2的脱轨系数要比方案1的脱轨系数小得多，脱轨安全性也要好得多。方案1的脱轨系数随牵引杆长的增大逐渐减小，随倾斜角的增加而增大；方案2的脱轨系数受牵引杆长的变化影响较小，随倾斜角的增加先逐渐增大再逐渐减小。
3 牵引杆对机车曲线通过运行性能的影响
为讨论牵引装置角度变化对曲线通过性能的影响，曲线通过计算是在一条由20 m 直线－150 m 缓和曲线－200 m 圆曲线－150 m 缓和曲线－20 m 直线组成的具有不平顺的轨道上进行的。比较脱轨系数、轮轴横向力等曲线通过性能指标。计算工况见表 １。
由于线路采用了不平顺，对计算结果进行了2 m 的平滑处理。比较两种方案，存在与直线运行情况类似的结果，第三轮对上的轮缘力、轮轴横向力和
脱轨系数同样相差较大，且运动趋势与前述图形类似，在此不再详述。这里主要比较机车曲线通过时，各轮对动力学性能指标最大处，即对第一轮对上的动力学性能指标进行分析比较。
为了更好的显示牵引杆长和倾斜角对曲线通过性能指标的影响，分别固定倾斜角和牵引杆长进行分析比较。机车通过曲线时，先选取一个固定的倾斜角，在此取10°，比较两种方案随牵引杆长变化的趋势，两种方案在第一轮对处的动力学指标最大值见表2、表3；再选取固定牵引杆长，在此取1 m ，比较两种方案随倾斜角变化的趋势。两种方案在第一轮对处的动力学指标最大值见表4、表5。
表1有不平顺线路机车曲线通过计算工况
圆曲线
半径/m
外轨超高/mm
通过速度
/km ·h －
1
轨距加宽
/mm
线路等级
2000 105 180 0 AAR6
表2 方案1机车曲线通过动力学指标最大值
牵引杆长/m
脱轨 系数
轮轴横向 力/kN 车轮力 /kN
外轮磨耗功 /kN ·m ·s －1
轮重 减载率 0.6 0.443756.1 51.1 18.7 0.645 0.8 0.443556.0 51.0 18.6 0.643 1.0 0.4434
55.9 50.9 18.6 0.642 1.2 0.443356.0 50.9 18.6 0.640 1.4 0.4433
56.0
50.9
18.6
0.641
表3 方案2机车曲线通过动力学指标最大值
牵引杆长/m
脱轨 系数
轮轴横向力/kN
车轮力 /kN
外轮磨耗功 / kN ·m ·s －
1
轮重 减载率
0.6 0.3070 41.0 30.5 12.2 0.502 0.8 0.3062 40.8 30.3 12.2 0.500 1.0 0.3065 41.1 30.6 12.2 0.502 1.2 0.3066 40.9 30.3 12.2 0.502 1.4 0.3063 41.2 30.6
12.3 0.503
由表2、表3数据可知，在采用内侧单牵引杆方式的方案1中，机车各项动力学指标都随牵引杆长的增加而减小，因此，牵引杆长增加将提高机车曲线通过性能；在采用外侧单牵引杆方式的方案2中，机车各项动力学指标随牵引杆长增加在一定范围内波动，但不太显著。而比较两种不同方案之间数据可知，两种方案的动力学指标相差很大，采用外侧单牵引杆方式，各项动力学指标要小得多，更有利于机车曲线通过。
由表4、表5 数据可知，采用内侧单牵引杆方
牵引力角度
牵引力角度
脱轨系数
脱轨系数
式，机车的轮轴横向力和外侧轮缘力随倾斜角的增加逐渐减小，脱轨系数和轮重减载率则随倾斜角增加而增大；采用外侧单牵引杆方式，机车各项动力学指标随倾斜角增加而增大，因此倾斜角增大将有利于机车曲线通过。而比较两种不同方案之间数据可知，两种方案的动力学指标相差很大，采用外侧单牵引杆方式各项动力学指标要小得多，能增加曲线通过性能。
表4 方案1机车曲线通过动力学指标最大值
倾斜角/°脱轨
系数
轮轴横向
力/kN
外测轮缘
力/kN
外轮磨耗功
/ kN·m·s－1
轮重
减载率
0 0.441 56.2 51.4 18.6 0.596 4 0.442 56.0 51.0 18.6 0.610 8 0.443 55.8 50.8 18.6 0.632 12 0.444 56.0 50.9 18.6 0.650 16 0.444 55.9 50.8 18.6 0.661 20 0.445 55.9 50.8 18.6 0.659
表5 方案2机车曲线通过动力学指标最大值
倾斜角/°脱轨
系数
轮轴横向
力/kN
外测轮缘
力/kN
外轮磨耗功
/ kN·m·s－1
轮重
减载率
0 0.307 40.4 30.3 12.2 0.499
4 0.308 40.7 30.2 12.2 0.500
8 0.307 41.0 30.4 12.2 0.501
12 0.306 41.0 30.5 12.2 0.504
16 0.305 41.1 30.7 12.3 0.506
20 0.306 41.7 30.9 12.3 0.508 4 结论
（1）选择不同的牵引杆布置方式，对机车动力学性能指标会产生影响，其中对机车第三轮对的车轮力、轮轴横向力和脱轨系数的影响尤为明显。外侧单牵引杆布置方式有利于减小轮缘力、轮轴横向力和脱轨系数。而曲线通过时，在动力学性能最大的第一轮上，采用外侧单牵引杆布置方式同样会减小各性能指标，利于曲线通过。
（2）牵引杆长和倾斜角在取值范围内对动力学性能有一定影响，但影响不大。而值得注意的是机车在直线运行时，采用牵引杆内侧布置方式，第三轮对处的轮缘力和轮轴横向力会随着倾斜角的增加在8°～10°这个范围，处于最小。
（3）从对机车动力学性能影响的角度看，采用单牵引杆外侧布置方式更好，但两种布置方式的动力学性能都能满足机车运行要求，因此还应从轴重转移等其他角度综合考虑，再确定合适的方案。
参考文献：
[1]姚远，张红军，罗赟. 转臂轴箱定位节点位置对机车动力学性能影响分析[J]. 机车电传动，2007，（3）.
[2]吴安伟，罗赟. 牵引装置对3B0轴悬式机车轴重转移的影响[J]. 内燃机车，2005，（2）.
[3]安琪，李芾，卜继玲. 我国机车牵引装置模式研究[J]. 电力机车与城轨车辆，2006，（7）.
[4]王福天. 车辆系统动力学[M]. 北京：中国铁道出版社，1994.
[5]孙竹生，鲍维千. 内燃机车总体及走行部[M]. 北京：中国铁道出版社，2003.
（上接第6页）
3 消防应急激光导向器的使用场合
（1）适合公共场所、建筑大楼、机场、地铁、隧道、船舶等场所中使用。与建筑物中的消防报警联动控制系统连接，联动使用效果更好。
（2）适合消防部队使用。便携型的消防应急激光导向器可以由消防救援人员在灾害事故现场临时放置，帮助进入灾害现场内部侦察的消防队员安全撤回和帮助被困人员自救逃生。
（3）适合于家庭使用。消防应急激光导向器发出的激光束具有一定的美观性，可安装在门口或走道内，平时可以作为普通的装饰灯带使用，发生火警时可以起到逃生指向标志的作用。4 结束语
消防应急激光导向器利用激光在任何情况下仍具有的良好的穿透性能，采用激光全息衍射技术，在事故现场为逃生的人员导引出口或安全的方向，起到帮助被困人员自救的作用。属于新型的消防应急疏散标志类产品，既适合固定安装于建筑物内，又适合装备消防部队，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]丁宏军，等. 从产品标准看我国消防应急灯具行业的发展[J] .消防科学与技术，2001，（3）.
[2]祁勇，等. 论建筑消防应急疏散照明技术的发展和应用[J] . 消防技术与产品信息，2001 ，（12）.
忆我的父亲——机车设计专家顾懋林 人物春秋 忆我的父亲机车设计专家顾懋林 口顾谦民口述陈光荣整理 我们家的祖籍是江苏省江都市大桥镇.据我大叔 叔顾懋操(大连内燃机车研究所机车研究室主任.现 已退休)讲:大桥镇顾氏家族,清初从苏州昆山移至江 都.是明末清初大思想家顾炎武的子孙.家谱有详细 记载.我们江都顾家是其一支.江都大桥镇顾氏先祖 顾图河是康熙皇帝钦点的"榜眼".任过雍正皇帝的师 爷.至今已近300年了 我父亲顾懋林1914年出生.到我爷爷成家时家 道衰落,爷爷先在大桥镇一个店铺里当店员.后来到 上海吴淞口纱厂做职员.收入微薄.父亲兄妹四人.其 余三人皆因感染肺结核病不治而亡. 我父亲天生乖巧听话.加之聪颖伶俐,悟性好,是 个读书的好材料,顾家虽贫寒,但祖上数代都是读书 人.爷爷奶奶又视为掌上明珠.就是舍尽家产也要让 父亲读书.父亲念了四年私塾后,进了镇上小学读了 两年,毕业后顺利考上了着名的扬州中学.在中学读 书时各科成绩均名列前茅.因此获得学校各种名目的 奖学金.不久,我爷爷奶奶相继过世.爷爷生前将父亲 托付给其好友,也是亲戚的四叔顾祀清(顾懋棵的父 亲)抚育.父亲的四叔.我们叫他四爷爷,他当时是南 通纺织业界的一个很有名望的工程师.四爷爷和四奶 奶为人极其仁义厚道.他们待父亲如亲子.一直把父 亲当自家的大儿子对待,四爷爷有六个子女.他们都
亲切地叫我父亲"林哥".在家里.四爷爷总是让他的 孩子们以"林哥"为榜样,努力学习,宽厚待人.1935 年.父亲以优异的成绩分别考上南京中央大学和上海交通大学,父亲选择交大机械系,学习铁路机车专业. 交大虽好可费用很贵,一年光是学费要交8O块大洋. 我爷爷生前在镇上当店员.每月收入只有7块大洋; 在上海纱厂当职员.一个月才有20块大洋,况且爷爷又早逝了,父亲当时根本上不起大学.他想放弃读书, 早点工作.四爷爷,四奶奶不同意,尽全力资助父亲, 鼓励父亲克服困难,把大学读完.父亲也很懂事,课余时间通过做家庭教师,或帮人抄写东西赚些细软,以一2012耳第2期 减轻四爷爷一家的负担 交大的学生大部分都是全国各地区高考前几名. 如我岳父傅景常(新中国成立后在大连机车厂任副总工程师.中国第一台内燃机车的主任设计师.同行都称他为"中国内燃机车之父").就是当年浙江省高考状元,考交大又是第一名;邹孝标伯伯(新中国成立后任铁道部副总工程师)是山东聊城地区高考状元.当年一举考上交大,清华及北洋大学,还有在美国的"电脑大王"王安先生,阿波罗航天计划的主任委员胡升求先生等父亲待人厚道,讲义气.同学们都愿意与其交往.我们几个孩子长大了,常听到父亲的老同学说起"顾懋林上大学多么不容易".别的同学课余时间可以自由支配.父亲一下课就不见人影,到睡觉前才回学校.父亲就是这样一个人.对自己要求很严格,吃苦耐劳而乐于助人父亲经常给我们讲四爷爷的恩德, 他非常孝顺四爷爷,四奶奶.有机会就去南通看望他们.我们晚辈也与这几个堂叔叔,姑姑的关系很好,我
《结构动力学》读书报告 学院 专业 学号 指导老师 2013 年 5月 28日
摘要：本书在介绍基本概念和基础理论的同时，也介绍了结构动力学领域的若干前沿研究课题。既注重读者对基本知识的掌握，也注重读者对结构振动领域研究发展方向的掌握。主要容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构动力学的前沿研究课题。侧重介绍单自由度体系和多自由度体系，重点突出，同时也着重介绍了在抗震中的应用。 1 概述 1.1结构动力学的发展及其研究容： 结构动力学，作为一门课程也可称作振动力学，广泛地应用于工程领域的各个学科，诸如航天工程，航空工程，机械工程，能源工程，动力工程，交通工程，土木工程，工程力学等等。作为固体力学的一门主要分支学科，结构动力学起源于经典牛顿力学，就是牛顿质点力学。质点力学的基本问题是用牛顿第二定律来建立公式的。牛顿质点力学，拉格朗日力学和哈密尔顿力学是结构动力学基本理论体系组成的三大支柱。 经典动力学的理论体系早在19世纪中叶就已建立，。但和弹性力学类似，理论体系虽早已建立，但由于数学求解上的异常困难，能够用来解析求解的实际问题实在是少之又少，能够通过手算完成的也不过仅仅限于几个自由度的结构动力体系。因此，在很长一段时间，动力学的求解思想在工程实际中并未得到很好的应用，人们依然习惯于在静力学的畴用静力学的方法来解决工程实际问题。 随着汽车，飞机等新时代交通工具的出现，后工业革命时代各种大型机械的创造发明，以及越来越多的摩天大楼的拔地而起，工程界日新月异的发展和变化对工程师们提出了越来越高的要求，传统的只考虑静力荷载的设计理念和设计方法显然已经跟不上时代的要求了。也正是从这个时候起，结构动力学作为一门学科，也开始受到工程界越来越高的重视，从而带动了结构动力学的快速发展。 结构动力学这门学科在过去几十年来所经历的深刻变革，其主要原因也正是由于电子计算机的问世使得大型结构动力体系数值解的得到成为可能。由于电子计算机的超快速度的计算能力，使得在过去凭借手工根本无法求解的问题得到了解决。目前，由于广泛地应用了快速傅立叶变换（FFT），促使结构动力学分析发生了更加深刻地变化，而且使得结构动力学分析与结构动力试验之间的相互关系也开始得以沟通。总之，计算机革命带来了结构动力学求解方法的本质改变。 作为一门课程，结构动力学的基本体系和容主要包括以下几个部分：单自由度系统结构动力学，；多自由度系统结构动力学，；连续系统结构动力学。此外，如果系统上所施加的动力荷载是确定性的，该系统就称为确定性结构动力系统；而如果系统上所施加的动力荷载是非确定性的，该系统就称为概率性结构动力系统。 1.2主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模
动力学性能试验鉴定方法及评定标准 动力学性能 试验鉴定方法及评定标准
目次 1范围 (4) 2术语和定义 (4) 3车辆坐标系 (4) 4总则 (5) 5试验条件 (5) 6测量参数 (8) 7评定指标 (10) 8评定指标限度值 (12)
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动力学性能试验鉴定方法及评定标准 1范围 1.1本标准规定了采购200km/h电动车组在中国铁路线路上进行动力学性能试验鉴定的方法和评定标准。 2术语和定义 2.1铁道车辆（Railway Vehicles） 在轨道线路上运行的车辆统称，包括机车、客车、动车组中的动车、拖车等。 2.2运行参数 最高运营速度V lim 铁道车辆运营的最高速度；单位：km/h。V lim＝200km/h 允许欠超高h0 铁道车辆通过曲线时允许最大未被平衡的超高；单位：mm。 3车辆坐标系 3.1车辆动力学试验的坐标系 车辆动力学试验的坐标系为右手坐标系，如图1所示。列车前进方向为x轴，车辆向上为z轴。 在试验中，被试车辆试验运行方向应唯一规定，进而可以分为正向运行和反向运行。 图1车辆动力学试验的坐标系 3.2测点命名规则
《机车新技术》课程复习资料 一、填空题： 1.电力牵引传动系统覆盖范围包括铁道________________、城市轨道交通车辆和电动车辆等领域的电气 传动控制。 2.交—直—交流传动系统是具有中间直流环节的间接变流系统，其变流过程由交—直流变换和 ______________________________变换两部分组成。 3.交流传动机车成为现代机车发展的方向，是由_________________的特点和优点所决定的。 4.电压型PWM整流器电路是________________电路，其输出直流电压可以从交流电源电压峰值附近向高 调节，若向低调节会使电路恶化，甚至不能工作。 5.电压型变流器中间直流环节的储能元件采用__________，向逆变器输出恒定的直流电压。 6.电力机车、电动车组交一直一交流传动系统，网侧采用_________________，构成交一直流变换部分。 7.四象限脉冲整流器能够执行_________________两方面功能，能够在输入电压和电流平面所在的四个象 限中工作。 8.中间直流电路的二次滤波电路由二次吸收电抗器和二次滤波电容器组成谐振电路，谐振频率为 _________________Hz，为四象限脉冲整流器工作时产生的二次谐波电流提供通路，以保证中间直流回路电参数的品质。 9.逆变器根据_______________的不同，可以构成两种形式的电路系统，即电压型逆变器和电流型逆变器。 10.PWM型牵引逆变器按_________________的不同，可分为两电平和三电平两种。 11.从电路结构与输出波形对两电平、三电平逆变器进行比较，两电平逆变器电路结构简单，但输出线电 压波形中________________少于三电平电路，其电流波形中谐波相对较多。 12.交流异步电动机是利用电磁感应原理，在三相绕组中通入三相对称电流后将产生旋转磁场，旋转磁场 的转速称_________________。 13.异步电动机可以通过三种方式对异步电动机进行调速，即改变电动机绕组的极对数、改变转差率和 __________________进行调速。 14.HX D1型机车最大持续功率为__________kW。 15.HX D2型机车单节机车主电路由四组互相独立的牵引变流器组成，每组牵引变流器驱动一根传动轴，实 现机车的__________方式。 16.HX D3型机车主电路主要由网侧电路、主变压器、________________及牵引电动机等组成。 17.CRH1A型动车组主要计算机系统叫做TCMS，即_____________________________。 18.HXN3型机车主发电机装配包括TA20牵引发电机和____________________________。 19.HXN3型机车牵引发电机励磁斩波器是一个模块化的装置，包括_________________、IGBT触发装置、 斩波控制模块（CCM）和1个连接各种控制输入／输出和电源的底板装配。 20.CRH2A型动车组是动力分散型交流传动方式，以_____________________________________________共 8辆车构成一个编组。
一、填空题： 1、《列车牵引计算》是专门研究铁路列车在外力的作用下，沿轨道运行及其相关问题的实用学科。它是以力学为基础，以科学实验和先进操纵经验为依据，分析列车运行过程中的各种现象和原理，并以此解算铁路运营和设计上的一些主要技术问题和技术经济问题。 2、机车牵引力（轮周牵引力）不得大于机车粘着牵引力，否则，车轮将发生空转。 3、机车牵引特性曲线是反映了机车的牵引力和速度之间的关系。在一定功率下，机车运行速度越低，机车牵引力越大。 4、列车运行阻力可分为基本阻力和附加阻力。(基本附加) 5、列车附加阻力可分为坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道空气附加阻力。 6、列车在6‰坡道上上坡运行时，则列车的单位坡道附加阻力为6N/kN 7、列车在2‰坡道上下坡运行时，则列车的单位坡道附加阻力为 -2N/KN 。 8、在计算列车的基本阻力时，当货车装载货物不足标记载重50%的车辆按空车计算；当达到标记载重50%的车辆按重车计算。 9、列车制动力是由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力，它的大小可由司机控制，其作用是调节列车速度或使列车停车。 10、轮对的制动力不得大于轮轨间的粘着力，否则，就会发生闸瓦和车轮“抱死”滑行现象。 11、目前，我国机车、车辆上多数使用高磷闸瓦闸瓦。 12、列车制动一般分为紧急制动和常用制动。 13、列车制动力是由列车中各制动轮对产生的制动力的总和。 14、列车单位合力曲线是由牵引运行、惰性运行和制动运行三种曲线组成。 15、作用于列车上的合力的大小和方向，决定着列车的运动状态。在某种工况下，当合力大于零时，列车加速运行；当合力小于零时，列车减速运行；当合力等于零时，列车匀速运行。 16、加算坡道阻力与列车运行速度无关。（无关） 17、列车运行时间的长短取决于列车运行速度和作用在列车上单位合力的大小。 18、在某工况下，当列车所受单位合力为零时对应的运行速度，为列车的均衡速度。列车将匀速运行。 19、列车制动距离是自司机施行制动开始到列车完全停车为止，所运行的距离。 20、列车的制动距离是制动空走距离和制动有效距离之和。 21、我国普通列车紧急制动距离的限值为 800 米。 22、列车制动时间是制动空走时间和制动有效时间之和。 23、列车在长大下坡线路上施行紧急制动时，其最高允许速度必须有所限制，该速度称为列车紧急制动限速或称最大制动初速度。 24、列车换算制动率的大小，表示列车制动能力的大小。 25、列车牵引质量和列车运行速度是铁路运输工作中最重要的指标。对于一定功率的机车，在线路条件不变的情况下，若要列车运行速度快则牵引质量要相应地减少；若要增加列车牵引质量，则列车运行速度要相应地降低；因此，最有利的牵引质量和运行速度的确定，需要进行技术和经济等方面的分析比较。
问题： 1、 引起车辆振动的原因有很多，有些确定的，也有些随机的，请详细说明与车辆结构有关的激振因素有哪些？ 答：引起车辆振动的原因主要可以从两方面考虑，一是与轨道有关的激振因素（详见《车辆工程》第三版P214-P216）：(1)钢轨接头处的轮轨冲击，（2）轨道的垂向变形，（3）轨道的局部不平顺，（4）轨道的随机不平顺； 二是与车辆结构有关的激振因素。 车辆本身结构的特点会引起车辆振动，主要原因有以下几种。 （一）车轮偏心。车轮在制造或维修中，由于工艺或机床设备等原因，车轴中心和实际车轮中心之间可能存在一定的偏心，当车轮沿轨道运行时，车轮中心相对瞬时转动中心会出现上下和前后的运动。这些变化会激起车辆的上下振动和前后振动。设车轮中心与车轴中心之间的偏心为e ，则车轮转动时，车轴中心的上下运动量z t 为：z t =esin(t t r vt e t θθω+=+0 sin())，v-车辆运行速度；r 0-车轮名义半径；t-自某初始位置经历的时间；ω-车轮转动角速度；θt -初相角。 （二）车轮不均重。如果车轮的质量不均匀，车轮的质心与几何中心不一致，当车轮转动时车轮上会出现转动的不平衡力。设车轮的质量中心与几何中心 之偏差为e w ，则车轮转动时的不平衡力为：)sin()(0 20t w w w r vt e r v M F θ+=，式中，M w -每一车轮的质量，其他符号同上式。 车轮偏心和不均重，都会引起轮轨之间的动作用，车辆运行速度越高，则会引起的轮轨相互作用力越大。 （三）车轮踏面擦伤。车轮踏面存在擦伤时，车轮滚过擦伤处，轮轨间发生冲击，钢轨受到一个向下的冲量，而车轮受到一个向上的冲量。如果车轮擦伤长度与车轮中心所夹的圆心角为0θ，则车轮滚过踏面擦伤处的向上的冲量为：0θv M v M w w =?。车轮踏面擦伤后轮轨之间的冲击也是周期性的，其周期为：v r T 02π=。
本章要点： 牵引力的形成粘着牵引力 内燃与电力机车的牵引特性与计算特性 第三章机车牵引力 一、作用于列车上的力 作用于列车上的力有多种，只研究对列车运行影响大的力，即与列车运行方向平行的力。1.机车牵引力F §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学产生F 的条件：<1> 机车的动力M <2> 轮轨摩擦力Q μ 特点：<1> F 的方向与列车运行方向一致 <2> 可控制 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学 2.列车运行阻力W 主要阻力：摩擦阻力、坡道阻力、曲线阻力、空气阻力、风阻力等。 特点：<1> 不可控 <2> 方向与列车运行方向相反 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学3.列车制动力B 由列车制动装置通过轮轨相互作用产生,制动装置产生内力，轮轨相互作用产生外力。 特点：<1> 可控 <2> 方向与列车运行方向相反 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学 4.列车在不同工作状态下的合力形式 C=F －W >0 加速 a. 牵引工况：C=0 即F ＝W 匀速 C=F －W < 0 减速 b. 惰行工况：C=－W 减速 c. 制动工况：C=－(W+B) 减速 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成
二、牵引力的形成 （一）关于机车牵引性能的几个概念 1.轮周牵引力与车钩牵引力 a.轮周牵引力：钢轨作用于机车动轮踏面的 力。考察某一动轴： ⊿F ⊿F ′ M Q 由力矩平衡条件： M=⊿F ·R M —动轮扭矩R —动轮半径 对整个机车： F=m ⊿F m —机车动轴数 注：F 是可控制的力 R M F = ?西南交通大学b.车钩牵引力F ′ F ′=F -W 机W 机—机车阻力 注：①实际中，F 由测得的F ′与W 机相加获得; ②牵规规定：机车牵引力均按轮周牵引力计算.c.F 的性质⑴F 与M 成正比 ⑵F 受轮轨粘着力（相当于轮轨最大静摩擦力）的限制即F ≤Fμ=Q μ §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学 2.机车粘着牵引力—受轮轨间粘着力限制的牵引力 F μ= P μ·g ·μj (KN) P μ—机车粘着重量t ；g —重力加速度（9.81m/s 2）；μj —计算粘着系数。 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学注：1.若F>F μ则动轮空转，无牵引力. 2.μj 的确定： a.一般通过试验确定F μ，然后反算μj; b.小半径曲线μj 下降，应加以修正; §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 西南交通大学 c.不同类型的机车μj 不同 §3.1 作用于列车上的力 及牵引力的形成 10030 1180072 242.0 20759 .5248.0 0.00066504 28.0 84486 .8189.0 681001224.0 v v NP v v v G v K v j j j j j j +=++ =++ =?++ =++ =++ =??????车前进型、建设型蒸汽机型电传动内燃机车国产电传动内燃机车型电力机车型电力机车国产电力机车
作业题 1、车辆动力学的具体内容是研究车辆及其主要零部件在各种运用情况下，特别是在高速运行时的位移、加速度和由此而产生的动作用力。 2、车辆系统动力学目的在于解决下列主要问题： ①确定车辆在线路上安全运行的条件； ②研究车辆悬挂装置和牵引缓冲装置的结构、参数和性能对振动及 动载荷传递的影响，并为这些装置提供设计依据，以保证车辆高速、安全和平稳地运行； ③确定动载荷的特征，为计算车辆动作用力提供依据。 3、铁路车辆在线路上运行时，构成一个极其复杂的具有多自由度的振动系统。 4、动力学性能归根结底都是车辆运行过程中的振动性能。 5、线路不平顺不是一个确定量，它因时因地而有不同值，它的变化规律是随机的，具有统计规律，因而称为随机不平顺。 （1）水平不平顺； （2）轨距不平顺； （3）高低不平顺； （4）方向不平顺。 6、车轮半径越大、踏面斜度越小，蛇行运动的波长越长，即蛇行运动越平缓。 7、自由振动的振幅，振幅大小取决于车辆振动的初始条件：初始位移和初始速度（振动频率）。
8、转向架设计中，往往把车辆悬挂的静挠度大小作为一项重要技术指标。 9、具有变摩擦减振器的车辆，当振动停止时车体的停止位置不是一个点，而是一个停滞区。 10、在无阻尼的情况下共振时振幅随着时间增加，共振时间越长，车辆的振幅也越来越大，一直到弹簧全压缩和产生刚性冲击。 11、出现共振时的车辆运行速度称为共振临界速度 12、在车辆设计时一定要尽可能避免激振频率与自振频率接近，避免出现共振。 13、弹簧簧条之间要留较大的间距以避免在振动过程中簧条接触而出现刚性冲击 14、两线完全重叠时，摩擦阻力功与激振力功在任何振幅条件下均相等。 15、在机车车辆动力学研究中，把车体、转向架构架（侧架）、轮对等基本部件近似地视为刚性体，只有在研究车辆各部件的结构弹性振动时，才把他们视为弹性体。 16、簧上质量：车辆支持在弹性元件上的零部件，车体（包括载重）及摇枕质量 17、簧下质量：车辆中与钢轨直接刚性接触的质量，如轮对、轴箱装置和侧架，客车转向架构架，一般是簧上质量。 18、一般车辆（结构对称）的垂向振动与横向振动之间是弱耦合，因此车辆的垂向和横向两类振动可以分别研究。 19、若车体质心处于纵垂对称面上，但不处于车体的横垂对称面上，则车体的浮沉振动将和车体的点头振动耦合起来。
电力牵引传动与控制第一章电力牵引传动与控制系统概述 一、系统组成与功用 1.①内燃机车电力传动与控制系统组成 ②电力机车电力传动与控制系统组成 2.机车理想牵引特性曲线 图1.2 牛马特性 理想特性要求：机车在运行时能经常利用其动力装置的额定功率.即：F·V=3.6η·N=const.
3.电传动装置的功用？ 图1.3 柴油机功率特性和扭矩特性 ①充分利用和发挥机车动力装置的功率； ②扩大机车牵引力F与速度V的调节范围； ③提高机车过载能力，解决列车起动问题； ④改善机车牵引控制性能。 Why要电传动：柴油机通过机械直接传动不能适应机车起动、过载、恒功等要求 二、系统分类 1.直-直电力传动系统 内燃或电力机车采用直流牵引发电机或直流电网直接向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①调速性能优良，系统简洁。 ②直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护性相对较差。 ③受直流电机换向条件和机车限界、轴重等限制，主发电机单机功率受到限制。一般在2200KW以下。 ④车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等
2.交-直电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用三相交流同步发电机，结构简单，可靠性高，重量轻，造价较低。 ②适用于大功率机车。 ③车型：DF4，DF5，DF7，DF11，ND4，ND5，SS3-SS9等。 3.交-直-交电力传动系统 内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流电网及变压器，经整流器将交流电变换成直流，再通过逆变器将直流电变换成频率和幅值按列车运行控制要求变化的交流电，向数台交流牵引电动机供电的传动方式。 特点： ①采用交流牵引电机，彻底克服了直-直系统的不足，重量轻，造价低，可靠性及维修性好 ②良好的粘着性能 ③适用于大功率 ④控制系统复杂 ⑤车型：DF4DAC,NJ1; DJ,DJ2,DJJ1,DJ4; HX、CRH系列等 三、发展历史与现状 1.大功率（内然）机车电力传动与液力传动两种主要传动方式的演变与发展 主要趋势：电力传动 2.电力传动形式的发展：直-直→交-直→交-直-交 发展趋势：大功率、电力牵引、交流传动
车辆动力学主要仿真软件 I960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA主要解决多自由度 无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量一弹簧一阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的谨生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年，美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAM 软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率° 1977年，美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLF早在20世纪70年代，Willi Kort tm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna (1977)、MEDYNA1984),以及最终享誉业界的SIMPAC( 1990).随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MED YN软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACI软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPAC嗽件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACI算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发
车辆动力学练习题 一、单项选择题 1.轨道车辆通常由（）、驱动部、走行部、制动部与连接部等组成。 A．车体B．转向架 C．轮对D．电动机 2.EDS 型磁悬浮的悬浮高度一般为（）mm，因而对轨道精度和维护要求相对不高。 A．10 B．30 C．100 D．50 3.铁道车辆的（）是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。 A.轴重B．额定载重C．轮对重D．车体重 4.车轮必须具有（），以引导车轮沿道岔形成的线路方向运行，并产生变道时所需的横向导向力。 A．轮缘B．踏面 C．缓冲装置D．车轴 5.铁路轨道可以分为（）轨道和曲线轨道。 A.缓和曲线B．坡度 C．直线D．圆曲线 6.人对频率在（）Hz 以下的横向振动最敏感。 A.1B．2 C．5 D．10 7.轨道车辆的轮对由左右轮子和车轴固接组成，左右轮对滚动角速度一致，则称为（）轮对。 A.弹性B．普通 C．刚性D．磁悬浮 8.轮轨蠕滑是指具有弹性的钢质车轮在弹性的钢轨上以一定速度滚动时，在车轮与钢轨的（）间产生 相对微小滑动。 A.上方B．下方C．侧面D．接触面 9.稳定性的含义包含静态平衡稳定性和（）稳定性两大类。 A.动态B．准静态 C．安全D．非平衡 10.目前国内外最常用的轨道不平顺数值模拟方法主要有（）、三角级数法和白噪声滤波法等。 A．二次滤波法B．五次滤波法 C．四次滤波法D．三次滤波法 11.轨道交通车辆使用的轮胎一般是高压充气轮胎，轮胎内压力高达（）kPa。 A．200~300 B．400~500 C．600~700 D．800~900 12.创造了581k m/h的世界轨道交通列车的最高速度记录的是（）超导磁浮。 A.中国B．美国 C．日本D．德国 13.铁路轨道按轨枕使用材料可分为（）轨道和混凝土轨枕轨道 A.铁枕B．木枕C．铜枕D．不锈钢
文件类别 : 时间 : 设计说明20120319 项目名称及编号 : 文件编号： 交流传动内燃调车机车技术方案研究 2011J010-B 8F9Z-1 拟稿 : 校核：审核：批准 : 刘庸高震天曲天威张思庆 交流传动内燃调车机车 转向架设计说明 中国北车集团大连机车车辆有限公司 2012年4月
目录 1 转向架总体概述 (2) 2 主要技术参数 (3) 3 计算验证 (4) 4 关键零部件介绍 (5) 4.1 构架 (5) 4.2 轴箱及其定位结构 (6) 4.3 悬挂装置 (10) 4.4 轮对及驱动装置 (12) 4.5 牵引装置 (15) 4.6 基础制动装置 (15) 4.7 附属装置 (16) 4.8 各种间隙及止挡 (17) 5 主要部件通用化介绍 (17) 6 计算文件 (19)
1 转向架总体概述 转向架是机车的关键部件之一，对机车运行的安全性、稳定性、舒适性和可 靠性产生极为重要的影响，应具有足够的安全可靠性及运动稳定性储备，优良的运行平稳性以及较小的轮轨动作用力，并兼顾曲线通过性能，调车机车转向架的设计满足了以上的要求。 作为交流传动调车机车，为满足GB146.1‐83《标准轨距铁路机车车辆限界》中车限3的要求，该车车轮采用了直径为1250的整体车轮，使机车底部加高，保 证了顺利通过机械化驼峰的要求。 该车转向架继承了HXN3机车转向架良好的动力学通过性能，在新轮新轨条件下，该机车的非线性稳定性临界速度为190km/h，满足实际运行最高速度100km/h的运用要求；机车具有良好的直线运行性能。直线上，机车在最大运用速度范围内，在AAR5级线路运行时，机车端部横向平稳性指标略超过良好的限制范围，在AAR6级线路上运行时，机车端部横向平稳性略低于良好的限制范围，在两种线路上机车端部垂向平稳性均在优秀范围。在直线上最大运用速度范围内，机车轮轴力、脱轨系数、轮重减载率等各项指标均低于标准的安全限值。同时，该转向架具有良好的曲线通过性能。在美国4级线路上，对于R100、R300、R400、R600四种不同的曲线，只要机车曲线通过时未平衡离心加速度在0.6m/s2之下，机车各项评价指标都满足要求。在美国5级线路上，机车的曲线通过性能还略优于4级线路。 转向架设计本着“先进、成熟、经济、可靠”的精神，采用经实践检验的 成熟可靠的先进技术，在保证转向架具有良好的动力学性能的同时，还融入了HXN3机车少维护、长检修周期和良好的可接近性等设计理念，并且尽量满足了标准化、模块化的要求。 该转向架的主要技术特点： 1）直径为1250的整体车轮，满足调车机车通过机械化驼峰的要求。 2）牵引电机的布置采用顺置方式。 3）电机悬挂采用刚性轴悬结构。 4）轴箱轴承采用免维护的AAR K级圆锥滚子整体单元轴承。
电力机车主电路的发展概述 电力机车（electric locomotive）本身不带原动机、靠接受沿线接触网送来的电流作为能源、由牵引电动机驱动车轮的机车。所需的电能，可以由多种形式（火力、水力、风力、核能等）转换而来。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠边等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度大的山区铁路。 发展概况【top】最早造出第一台标准轨距电力机车的是苏格兰人R·戴维森，时间是1842年，由40组蓄电池供电，但没有实用价值。1879年5月，德国人W·VON西门子设计制造了一台能拉乘坐18人的三辆敞开式“客车”的电力机车，它由外部150V直流发电机通过第三轨供电，这是电力机车首次成功的试验。1881年,法国在巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造条件。1895年，美国在巴尔的摩—俄亥俄间5. 6 km长的遂道区段修建了直流电气化铁路，在该区段上运行的干线电力机车自重97 t，采用675 V直流电，功率为1 070 kW。1903年德国的三相交流电力机车创造了每小时210km 的高速记录。 中国最早使用电力机车在1914年，是抚顺煤矿使用的1 500 V直流电力机车。1958年中国成功地生产出第一台电力机车，从采用引燃管整流器到硅整流器，机车性能不断改进和提高，到1976年制成韶山型（SS1型）131号时已基本定型。截止到1989年停止生产，SS1型电力机车总共制造出厂926台，成为中国电气铁路干线的首批主型机车。1966年SS2型机车制成。1978年研制成功的SS3型机车，不仅改善了牵引性能，还把机车的小时功率从4 200kW提高到4 800kW，载止到1997年底，共生产了987台，成为中国第二种主型电力机车。1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种（6 400kW），已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7 型电力机车。1994研制成功了时速为160 km的准高速四轴电力机车等。至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8 轴和3 200、4 800和6 400kW功率系列。1999年5月26日，中国株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km的DDJ1001号“子弹头”电力机车，标志着中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。为追踪世界新型“交—直—交”电力机车新技术，从20世纪70年代末开始，中国铁路一直在进行中小功率变流机组的地面试验研究和大功率的交—直—交电力机车的研制，也已取得了阶段性成果。 类型【top】电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为三类： 直—直流电力机车采用直流制供电时，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1 500V或3 000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。 交—直流电力机车在交流制中，目前世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25 kV工业频率单相交流串励电动机，把交流电变成直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交—直流电力机车。 交—直—交电力机车采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。而交流无整流子牵引电动机（即三相异步电动机）在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。改变端电压不能使这种电机在较大范围内改变速度，而只有改变电流的频率才能达到目的。因此，只有当电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速发展的今天，才能生产出采用三相交流电机的先进电力机车。交—直
内燃机车发展史及机车的结构原理 内燃机车(diesel locomotive)以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车上内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。由于燃气轮机车的效率低于柴油机车以及耐高温材料成本高、噪声大等原因，所以其发展落后于柴油机车。在中国，内燃机车的概念习惯上指的是柴油机。 发展 20世纪初，国外开始探索试制内燃机车。1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路便用。同年,德国用柴油机和空压缩机配接,利用柴油机排气余热加热压缩空气代替蒸汽，将蒸汽机车改装成为空气传动内燃机车。1925年,美国将一台220 kW电传动内燃机车投入运用，从事调车作业。30年代,内燃机车进入试用阶段，直流电力传动液力变扭器等广泛采用,并开始在内燃机车上采用液力耦合器和液力变扭器等热力传动装置的元件，但内燃机车仍以调车机车为主。30年代后期,出现了一些由功率为900~1 000 kW单节机车多节连挂的干线客运内燃机车。
第二次世界大战以后,因柴油机的性能和制造技术迅速提高，内燃机车多数配装了废气涡轮增压系统，功率比战前提高约50%，配置直流电力传动装置和液力传动装置的内燃机车的发展加快了,到了20世纪50年代，内燃机车数量急骤增长。60年代期,大功率硅整流器研制成功，并应用于机车制进，出现了交-直流电力传动的2 940 kw内燃机车。在70年代，单柴油机内燃机车功率已达到4 410kW.随着电子技术的发展，联邦德国在1971年试制出1 840 kW的交一直一交电力传动内燃机车，从而为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的途径。内燃机车随后的发展，表现为在提高机车的可靠性、耐久性和经济性，以及防止污染、降低噪声等方面不断取得新的进展. 中国从1958年开始制造内燃机车，先后有东风型等3种型号机车最早投入批量生产。1969年后相继批量生产了东风4等15种新机型，同第一代内燃机车相比较，在功率、结构、柴油机热效率和传动装置效率上,都有显著提高；而且还分别增设了电阻制或液力制动和液力换向、机车各系统保护和故障诊断显示、微机控制的功能；采用了承载式车体、静液压驱动等一系列新技术；机车可靠性和使用寿命方面，性能有很大提高。东风11客运机车的速度达到了160km/h.在生产内燃机车的同时，中国还先后从罗马尼亚、法国、美国、德
机车牵引单轨吊运输能力可按下式计算： Q ＝d d G f g F -+) cos sin αα（ ＝7.8) 9cos *3.09sin *8.9120-+（ ＝7.8)9877.0*3.01564.0*8.9120-+（ ＝7.8030.27- ＝18.33 式中：d f ＿＿运行比阻力（KN/t ）；水平直道不大于300 N/t ，水平弯道不大于550 N/t Q ＿＿运输能力；g ＿＿重力加速度9.8；F ＿＿牵引力；d G ＿＿机车及配套设备自重 机车牵引单轨吊车运送物料、设备的机车台数可按下列公式计算： 1、机车往返一次运行时间可按下式计算： y t ＝ v k L s 602 y t ＝0 .1*8.0*601500*2 y t ＝48 3000 y t ＝62.5 式中：v ＿＿运行速度（m/s ） s k ___速度速度影响系数，一般取0.8 2、每台机车每班往返次数可按下式计算： P ＝d y t t T +60 P ＝45 5.626*60+ P ＝3.35
式中：P ＿＿往返次数（次/台*班） d t ___装载和调车辅助时间（min ） 3、每班需用列车数可按下式计算： n N ＝ y b ZG kQ n N ＝5 *43*33.18*2.1 =3.30 式中：n N ＿＿列车数（列/班） k___运输不均衡系数，取1.2 3、单轨吊机车台数可按下式计算： N ＝P N n 无轨胶轮车运输 1、一般规定 1.1在下列条件下矿井井下的设备、材料和人员的运输，条件适宜时的矸石运输。要采用防爆无轨胶轮车： 1 地质条件简单，采用小倾斜角开拓或平硐开拓的近水平煤层的矿井。 2 全风压通风高瓦斯矿井进风的主要运输巷道。 3 瓦斯矿井中掘进岩石巷道、主要回风巷和采区进(回)风巷道。 1.2无轨胶轮车运行的倾斜巷道倾角不宜大于60，运行转弯半径应根据设备相应的技术恨不能选取。 1.3 立井开拓，条件适宜时井下辅助运输也可采用防爆型无轨胶轮车，在井底车场或就近合适地点应设置换装站。 2、无轨胶轮车选型计算 2.1 无轨胶轮车所需最大牵引力可按下式计算： F ＝αωαcos )sin )1h i h i Q q g Q q g +++（（ 式中：1ω___胶轮与路面的滚动摩擦系数，混凝土路面取0.010～0.012；处理后的碎石路面取0.012～0.020；碎石、砂石路面取0.020～0.025。 2.2 无轨胶轮车运行速度应按照机车的牵引特性曲线选定。
文章编号:1002 7602(2008)02 0013 03 我国机车车辆动力学仿真工作 所面临的问题及建议 刘宏友,王风洲,罗运康,胡洪涛 (中国北车集团四方车辆研究所,山东青岛266031) 摘 要:阐述了影响机车车辆动力学计算准确性的相关因素,就软件的选用、工程经验的重要性、特种货车动力学性能分析以及专题研究等内容展开了讨论,提出了相应的解决措施,并指出了机车车辆动力学性能仿真技术的发展方向。 关键词:机车车辆;动力学性能;仿真;试验 中图分类号:U270.1+1 文献标识码:B 近十几年来,我国车辆界人士利用自行编制的软件包及国际通用的车辆动力学仿真软件,在机车车辆动力学性能计算分析方面做了大量有益的工作。车辆动力学仿真在车辆方案设计阶段发挥了重要作用,车辆动力学分析理论也日趋成熟。同时,还应当看到,我国车辆动力学仿真工作还有诸多基础问题有待解决。通常来讲,影响机车车辆动力学计算结果准确性的因素既包括车辆本身的,也包括机车车辆赖以运行的线路;既取决于仿真分析软件的选取,也取决于使用者的工程经验。本文将对这些问题进行初步探讨,并提出相应的解决措施。此外,还对机车车辆动力学仿真分析技术的未来发展做出预测。 1 影响机车车辆动力学计算结果准确性的因素 1.1 机车车辆参数的准确性问题 动力学仿真分析所用到的参数来源很多,既有厂方提供的,也有在公开出版物上摘录的。但是,这些参数存在差异,有时还差到一个数量级。例如,同是转K6型转向架,不同计算单位列出的一条轮对的质量最多相差100余kg,转动惯量差别高达1倍。有时转向架在定型前,其参数被改变过很多次,而定型后的某些参数暂时没有公开,如货车转向架的抗菱刚度与抗剪刚度、客车转向架液压减振器的力学特性曲线等,但是在进行仿真计算时有时仍沿用转向架定型前的参数,此时计算的准确性也就无从谈起。 目前,大量的计算参数由有限元分析得来,从试验结果看,其准确度较高,可以直接用于动力学计算。有 收稿日期:2007 10 18 作者简介:刘宏友(1973 ),男,高级工程师。些动力学计算参数,如转向架的抗菱刚度、抗剪刚度等,虽然厂方能够提供设计值,但在样车完成后进行动力学试验前,最好利用试验装备进行实际测试,这对了解这些参数的离散程度是有好处的。将来的动力学计算过程中,应当充分考虑关键参数离散度对机车车辆动力学性能的影响问题。 1.2 钢轨因素的影响 1.2.1 轮轨关系 铁道车辆特有的轮轨关系是铁道车辆区别于一般机械系统的根本所在。轮轨关系的研究是开展车辆动力学工作的基础,包括轮轨接触几何学研究、踏面形状对车辆动力学性能的综合影响、轮轨接触力学研究等。当然,轮轨关系的研究还会派生出轮对、转向架乃至车辆脱轨问题的研究等。目前,在车辆动力学计算过程中,关于车轮磨耗对车辆动力学性能的影响研究较少,并且往往只关注车轮磨耗对车辆蛇行失稳临界速度V cr的影响,计算时往往列出等效锥度 e和V cr的变化关系。事实上, e和轮对的横移量y w密切相关,如果给出 e和V cr的变化关系,就必须说明 e和y w的关系。欧洲一般把轮对横移3m m时的锥度定义为等效锥度,该值对我国车轮踏面是否合适还有待研究。 以往,很多人认为磨耗形踏面磨耗后的形状基本不会改变。笔者从大量现场测量结果来看,这种认识是错误的。因此,研究 e和V cr的变化关系是一项非常复杂的课题。也许在现场测试车轮外形的基础上,按照运行公里数进行统计分析,找出具有代表性的车轮外形作为 磨耗轮进行研究,会更有工程意义。 1.2.2 轨道谱 目前,英国、日本、德国、美国、俄罗斯、印度和捷克等国家都测定了各自轨道不平顺的谱密度和相关函 ! 13 ! 论文选载铁道车辆 第46卷第2期2008年2月