粘着极限态机车动态特征的理论及试验研究

随着列车运行速度及牵引吨位的不断提高，要求机车动车牵引功率能够充分发挥,使得轮对经常工作在轮轨粘着极限状态，发生滑动到粘着，或者粘着到滑动的过程，使机车产生复杂的动力学问题。本课题对轮轨粘滑振动机理进行深入研究，首先建立单轮驱动系统力学模型，解释机车轮对粘滑振动及其稳定性的基本原理，并根据此原理阐述了提高机车粘着能力的根本措施；研究机车粘滑振动时，轮对旋转与轮对纵向振动通过轮轨纵向切向力耦合的现象，归纳振动基本规律。然后建立机车机电、控制一体化的虚拟样机，考虑完整轮轨切向力特性、机械传动、电机和控制系统，模拟实际运行状态；研究轮轨粘着极限时，机车驱动系统各元件振动频率及其相互影响规律。利用滚动振动试验台测试，比较试验与理论分析结果，完善机车驱动动力学的理论体系，使机车充分发挥轮轨粘着性能并有效地改善驱动系统动态作用力，具有较强的理论意义和工程应用价值。

1 项目简介. 随着列车运行速度及牵引吨位的不断提高，要求机车动车牵引功率能够充分发挥,使得轮对经常工作在轮轨粘着极限状态，发生滑动到粘着，或者粘着到滑动的过程，使机车产生复杂的动力学问题。本课题对轮轨粘滑振动机理进行深入研究，首先建立单轮驱动系统力学模型，解释机车轮对粘滑振动及其稳定性的基本原理，并根据此原理阐述了提高机车粘着能力的根本措施；研究机车粘滑振动时，轮对旋转与轮对纵向振动通过轮轨纵向切向力耦合的现象，归纳振动基本规律。然后建立机车机电、控制一体化的虚拟样机，考虑完整轮轨切向力特性、机械传动、电机和控制系统，模拟实际运行状态；研究轮轨粘着极限时，机车驱动系统各元件振动频率及其相互影响规律。利用滚动振动试验台测试，比较试验与理论分析结果，完善机车驱动动力学的理论体系，使机车充分发挥轮轨粘着性能并有效地改善驱动系统动态作用力，具有较强的理论意义和工程应用价值。. 2 主要创新点及其主要研究进展.（1）提出轮轨滑动率的概念并定义其表达式。根据平均滑动率和动态滑动率定义轮轨黏滑状态，分析轮轨黏着负斜率特性对机车黏滑振动及稳定性的影响。对轮轨黏滑振动机理进行深入研究，解释机车黏滑振动及其稳定性的基本原理，并根据此原理阐述提高机车黏着能力的根本措施。.（2）发现了机车黏滑振动时，轮对旋转与轮对纵向振动通过轮轨纵向切向力耦合的现象，对驱动系统振动频率进行分析并归纳了这种耦合振动的基本规律。提出轮对纵向定位刚度和电机吊杆刚度的匹配原则，以提高机车黏着性能，并能避免机车打滑时引起驱动轮对的纵向共振。.（3）采用平均滑动率分析了驱动工况弹性定位单轮对的横向稳定性，揭示驱动工况轮轨切向力特点引起轮对横向蛇行稳定性变化的规律。.（4）提出机车驱动系统结构共振概念，仿真研究轮轨黏着极限时，机车驱动系统各元件振动频率及其相互影响规律，总结了避免机车驱动系统结构共振的参数匹配原则。. 3 研究成果. 共发表论文29篇，SCI检索论文2篇，EI检索论文12篇；获得授权发明专利2项；毕业博士研究生1人，研士研究生7人。