大型铁路养护车自行与附挂动力学差异性试验研究

谢洪波，郭关柱

（1. 成都铁路局 工务处机械设备科，四川 成都 610081；2. 中国铁建高新装备股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

大型铁路养护车自行与附挂动力学差异性试验研究

谢洪波1，郭关柱2

（1. 成都铁路局 工务处机械设备科，四川 成都 610081；2. 中国铁建高新装备股份有限公司研究院，云南 昆明 650215）

针对传统认为大型铁路养护车车辆自行与附挂动力学相当的问题，以轨道除雪车为例，开展自行和附挂动力学试验研究，以判定能否提高其自行速度。结果表明：车辆附挂时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力较大值与自行时相当，2种状态下的较大值分别出现在25～80 km/h和15～70 km/h速度区段；车体在附挂时的横向和垂向振动加速度最大值低于自行时，自行时的车体垂向振动加速度最大值达11.28 m/s2且超过6.87 m/s2的限度值，超限点均发生在速度高于110 km/h时；附挂和自行时，车体平稳性指标相当且均属优级。

大型铁路养护车；附挂；自行；动力学；差异性

0 引言

大型铁路养护车主要用于完成铁路钢轨在线铣削、轨道除雪等养护施工任务，要求具有短途自行（靠自身动力行走）功能，能够牵引其他设备或自身快速往返于施工作业现场与车辆段之间。要求具有附挂（被机车牵引）功能，通过货运列车进行长距离附挂转运。我国大型铁路养护车从无到有，从有到大，从大到强，在种类、效率和先进性方面得到了快速和高效的发展，对铁路提速和保障安全运营起到至关重要的作用[1-3]。

大型铁路养护车为了兼顾自行和附挂2种功能，导致其转向架结构较为复杂，出于结构和成本考虑，常采用一级弹簧减振结构（见图1）。

大型铁路养护车作为铁路工程车，在实际运用中，其最高自行速度定为80 km/h，为了与货车最高限速相匹配，其最高附挂速度为120 km/h。传统观念认为，车辆自行动力学与附挂动力学相当，同一型转向架，如果最高附挂速度可达120 km/h，那么只要动力够，其自行120 km/h的动力学性能也能满足要求。

图1 一级弹簧减振转向架结构

近年来，随着铁路提速和运力运量增大，铁路施工养护作业时间受到压缩，难以满足铁路线路实际需要。在铁路线路封闭施工时间不变的前提下，提高现有大型铁路养护车自行速度来增加铁路线路施工作业时间的呼声越来越高，能否提高自行速度，需要研究大型铁路养护车自行动力学与附挂动力学的差异性[4]。

1 大型铁路养护车动力学评价与典型参数

大型铁路养护车主要采取运行稳定性和运行平稳性来评价其动力学性能，其中运行稳定性指标通过脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力评价，运行平稳性则通过车体横向、垂向振动加速度及车体横向、垂向平稳性评价。

大型铁路养护车由一节或两节组成，车宽3 200 mm，转向架中心距16 500 mm，单节车质量约84 t，轴重约21 t。转向架采用H形整体焊接构架式两轴转向架，采用导框定位，球面心盘，摩擦减振器，弹簧滚子旁承，一系轴箱悬挂。

以较为典型的大型铁路养护车GCX-1000型轨道除雪车为例[5]，对其自行和附挂动力学开展试验研究。试验在昆明铁路局所辖沪昆线昆明—格以头区间进行，线路为国家Ⅰ级双线自动闭塞电气化铁路，最高设计速度为160 km/h。

2 运行稳定性差异性试验研究

2.1 脱轨系数试验分析

依据GB/T 17426—1998，被试车脱轨系数最大值应小于1.2，试验测试结果见图2。

试验结果表明：附挂状态下，脱轨系数较大值出现在25～80 km/h速度区段，最大值为0.87，发生在80 km/h速度通过R400 m曲线处；自行状态下，脱轨系数较大值出现在15～70 km/h速度区段，最大值为0.83，发生在以50 km/h速度通过R400 m曲线处。

2.2 轮重减载率试验分析

依据GB/T 17426—1998，被试车轮重减载率最大值应小于0.65，试验测试结果见图3。

试验结果表明：附挂状态下，轮重减载率较大值出现在25～80 km/h速度区段，最大值为0.55，发生在80 km/h速度通过R400 m曲线处；自行状态下，轮重减载率较大值出现在15～70 km/h速度区段，最大值为0.57，发生在以70 km/h速度通过R400 m曲线处。

图2 车辆实测脱轨系数

图3 车辆实测轮重减载率

2.3 轮轴横向力试验分析

依据GB/T 17426—1998，被试车最大轮轴横向力应小于计算得到的限度值97.75 kN，试验测试结果见图4。

试验结果表明：附挂状态下，轮轴横向力较大值出现在25～80 km/h速度区段，最大值为78.26 kN，发生在80 km/h速度通过R400 m曲线处；自行状态下，轮轴横向力较大值出现在15～70 km/h速度区段，最大值为75.71 kN，发生在以30 km/h速度侧向通过9#道岔曲线处。

3 运行平稳性差异性试验研究

3.1 车体横向加速度及平稳性试验分析

依据GB/T 17426—1998，被试车车体横向振动最大加速度值≤4.91 m/s2，每100 km试验区段内超限不大于3处为合格，车体平稳性指标按优、良、合格评定。试验测试结果见图5、图6。

图4 轮轴横向力

图5 车辆实测横向振动加速度

图6 车辆实测横向平稳性指标

试验结果表明：附挂状态下，车体横向振动加速度最大值为4.32 m/s2，发生在以80 km/h速度通过R400 m曲线处，小于规范限度值4.91 m/s2；自行状态下，车体横向振动加速度最大值为8.34 m/s2，发生在以130 km/h速度通过直线处，超过规范限度值4.91 m/s2。220 km测试里程中超限点最多为6个，每100 km试验区段内超限点不大于3处，勉强满足车体横向振动加速度的规定。

附挂状态下，车体横向平稳性指标最大平均值为2.60；自行状态下，车体横向平稳性指标最大平均值为2.53，两者的平稳性指标均属优级。

3.2 车体垂向加速度及平稳性试验分析

依据GB/T 17426—1998，被试车车体垂向振动最大加速度值≤6.87 m/s2，每100 km试验区段内超限不大于3处为合格，车体平稳性指标按优、良、合格评定。试验测试结果见图7、图8。

图7 车辆实测垂向振动加速度

试验结果表明：附挂状态下，车体垂向振动加速最大值为6.38 m/s2，发生在以110 km/h速度通过直线处，小于规范限度值6.87 m/s2；自行状态下，车体垂向振动加速度最大值为11.28 m/s2，发生在以130 km/h速度通过直线处。在220 km测试里程中车体垂向振动加速度值超过6.87 m/s2限度值的点为9个，超限点均发生在速度高于110 km/h时，车体垂向振动加速度每100 km试验区段内超限点大于3处，不满足规定。

图8 车辆实测垂向平稳性指标

附挂状态下，车体垂向振动平稳性指标最大平均值为2.74；自行状态下，车体垂向平稳性指标最大平均值为2.76，两者的垂向平稳性指标均属优级。

4 结论与展望

以GCX-1000型轨道除雪车为例开展大型铁路养护车附挂和自行动力学试验研究，研究结果表明：

（1）车辆附挂时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力的较大值与自行时相当，两种状态下的较大值分别出现在25～80 km/h和15～70 km/h速度区段；

（2）车体附挂时的横向和垂向振动加速度最大值低于自行时，自行时车体垂向振动加速度最大值达11.28 m/s2，超过6.87 m/s2的限度值，超限点均发生在速度高于110 km/h时；

（3）车体在附挂和自行时的平稳性指标均属优级。

因此，提高垂向减振性能、降低车体在自行100～132 km/h速度区段的垂向振动加速度，是未来大型铁路养护车动力学研究的主要方向，有望在垂向减振技术和转向架芯盘摩擦减振研究方向取得突破性进展。

[1] 肖增斌，王晓刚．我国铁路大型养路机械行业的发展与思考[J]．中国铁路，2015(1)：8-10．

[2] 赵文芳．铁路大型养路机械的发展历程及展望[J]．中国铁路，2012(11)：5-10．

[3] 许建明．铁路大型养路机械的发展趋势及展望[J]．中国铁路，2014(11)：5-8．

[4] 贾晓红，季林红．高速机车转向架万向轴传动系统动力学研究[J]．清华大学学报（自然科学版），1999，39(8)：49-52．

[5] 郭关柱．新型闭式液压驱动六输入两输出走行系统的牵引特性研究[J]．中国铁道科学，2015，36(6)：97-103．

责任编辑 高红义

An Experimental Study on Dynamics Difference Between Self-Propelling and Attachment Modes of Large Railway Maintenance Vehicles

XIE Hongbo1，GUO Guanzhu2
（1. Department of Mechanical Equipment，Track Maintenance Division，Chengdu Railway Administration，Chengdu Sichuan 610081，China；2. CRCC High-Tech Equipment Corporation Limited，Kunming Yunnan 650215，China）

Traditionally, the driving force of large-scale railway maintenance vehicles under self-propelling and attachment modes are considered to be equal. This paper takes track snow plows as an example, and carries out an experimental study to examine the dynamics and possible acceleration of the vehicles under both modes. The results show that the larger values of derailment coeff cient, wheel unloading rate and axle lateral force are basically the same under both modes, as the larger values occurred on sections with speed of 25 to 80 km/h and 15 to 70 km/h under individual modes respectively. When the maximum accelerations of the lateral and vertical vibration of the vehicle body under attachment mode are less than those under the other one, under which the maximum vertical vibration acceleration of the vehicle body is 11.28 m/s2, higher than the upper limit of 6.87 m/s2, and the cases where the acceleration is higher than the limit all occur at speeds higher than 110 km/h. Under both modes, the riding indexes of the vehicle body, both of which are superior, are basically the same.

large railway maintenance vehicle；attachment；self-propelling；dynamics；difference

U216.6

A

1001-683X（2017）01-0066-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.01.066

2016-11-17

铁道部科技研究开发计划项目（2011G017-E）

谢洪波（1973—），男，工程师，本科。

郭关柱（1973—），男，教授级高级工程师，博士。E-mail：guoguanzhu_616@126.com