铁道动力车驱动系统及动力学

姚远2011年8月3日铁道动力车驱动系统及动力学铁道动力车驱动系统及动力学铁道动力车驱动系统及动力学2SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING一.动力车概述一一..动力车概述动力车概述1.动力集中式2.动力分散式a.蒸汽机车b.电力机车\动车c.内燃机车\动车3SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述1.动力转向架的基本作用™承载车体重量；™对动力车进行运行导向（直线导向和曲线转向）；™对动力车施加驱动力；™对动力车施加制动力；™缓和线路不平顺对动力车的冲击。……4SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述mm12~mm12−=yψV2.动力转向架的基本作用5SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述3.动力转向架组成™轮对™轴箱™一系悬挂™二系悬挂™驱动装置™基础制动™牵引装置™构架™附件6SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述4.动力转向架分类™按轴数分类：两轴转向架（Bo);三轴转向架(Co);四轴转向架(Bo+Bo);7SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述™2轴转向架机车8SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述™2轴转向架动车9SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述™3轴转向架10SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述™4轴转向架机车11SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING二.动力转向架概述二二..动力转向架概述动力转向架概述5.动力转向架分类™按电机悬挂方式分类(簧下质量)：1).轴悬式转向架(速度120km/h、重载机车)a.抱轴承驱动系统2).架悬式转向架a.轮对空心轴驱动系统(动力集中动车组、机车)b.齿形联轴器驱动系统(动力分散高速动车、地铁)c.电机空心轴驱动系统(SS5型机车)d.三爪万向轴轴驱动系统(SS5型机车)3).体悬式转向架a.ICE1及蓝剑、中华之星动力集中动车组b.CRH5型动车12SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统1.抱轴承驱动系统13SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统1.抱轴承驱动系统a)主动齿轮悬臂式轴悬驱动装置(HXD1c)14SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统1.抱轴承驱动系统b)主动齿轮外端式轴悬驱动装置(HXD2)15SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统1.抱轴承驱动系统c)主动齿轮轴承两端式轴悬驱动装置(HXD1B)16SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统1.抱轴承驱动系统17SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统2.轮对空心轴驱动系统a.驱动系统刚性悬挂Vmax160km/hb.驱动系统弹性悬挂160km/hV250km/h18SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统2.轮对空心轴驱动系统19SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统2.轮对空心轴驱动系统20SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统3.齿形联轴器驱动系统定子接线盒电机外壳测速传感器轴承盖风扇轮对轴通风电机外壳齿形联轴器空气吸入罩齿轮箱悬挂小齿轮轴齿轮箱体大齿轮B端轴承A端轴承齿轮箱安全托21SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统3.齿形联轴器驱动系统CRH1,CRH2,CRH3,地铁轻轨动车……22SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING三.驱动系统三三..驱动系统驱动系统动力转向架驱动系统选用取决于动力车运用条件a.速度b.轴重23SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学1.接触斑,滑动率与切向力sliplockedregionFzσzxμσσ=sliplockedregion24SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学1.接触斑,滑动率与切向力图试验测量的轮轨粘滑特性曲线a.粘着b.最佳粘着c.滑动(失稳)d.防空转控制25SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学1.粘滑振动稳定性及机理s=s0+dsa'cbas切向力系数μ滑动率ssm0μms0s0+dSs0-dS负阻尼a.粘着状态b.粘滑振动c.滑动状态26SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学1.提高粘着措施1)增大轮对纵向定位刚度2)增加扭转刚度27SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学051015202530350.100.150.200.250.300.350.40轨面摩擦系数时间t/s05101520253035-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010.000.01蠕滑率fx时间t/s无不平顺05101520253035-0.09-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010.000.01纵向滑动率fx时间t/s设计值联轴器扭转刚度0.05倍高速工况轨道不平顺无影响高速工况轨道不平顺无影响高速工况联轴器扭转刚度影响不大高速工况联轴器扭转刚度影响不大黏滑振动仿真黏滑振动仿真——高速运行工况高速运行工况28SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING05101520253035-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010.000.01纵向滑动率fx时间t/s设计值一系纵向刚度1/10四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学一系纵向刚度较大时，直接进入滑动状态，在轨面摩擦系数增加前进入粘滑振动状态。一系纵向刚度较小时，进入粘滑状态，并逐渐进入滑动，摩擦系数增大才恢复粘着，恢复粘着时间延长。轨面最大静摩擦系数增加一系纵向定位刚度对黏滑振动的影响一系纵向定位刚度对黏滑振动的影响29SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学轨面最大静摩擦系数增加05101520253035-0.10-0.09-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03-0.02-0.010.000.01纵向滑动率fx时间t/s设计值电机吊杆刚度1/10电机吊杆刚度10刚度较大时，容易恢复粘着。纵向振动频率与电机悬挂刚度有关，即取决于电机的垂向点头振动频率。频率电机吊挂刚度对黏滑振动的影响电机吊挂刚度对黏滑振动的影响30SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING四.动力车驱动系统动力学四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学刚度较大时，机车粘着性能好。0.1倍电机吊挂刚度时，轮对纵向共振，机车牵引能力降低。0.010.110.100.110.120.130.140.150.160.170.180.19车体平均加速度ac/m﹒s-2刚度倍率KXKDKMKT共振点结构刚度对机车牵引力影响结构刚度对机车牵引力影响31SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHING黏滑振动频率分析黏滑振动频率分析黏滑振动频率分析05101520253035400.00.40.81.21.62.0频率/Hz电机角加速度/rad﹒s-214Hz051015202530354045500.00.40.81.21.62.042Hz28Hz14Hz频率/Hz轮对纵向加速度/m﹒s-212Hz电机点头加速度频率电机点头加速度频率轮对纵向加速度频率轮对纵向加速度频率黏滑过程中，轮对纵向振动加速度主频为电机角振动频率，并且倍频率明显．需要合理匹配电机吊杆刚度和轮对纵向定位刚度，避免打滑引起轮对的纵向共振．旋转振动旋转振动纵向振动纵向振动固有频率固有频率14Hz14Hz固有频率固有频率12Hz12Hz倍频倍频两倍频率振动的振幅由于一系定位两倍频率振动的振幅由于一系定位阻尼衰减！阻尼衰减！四四..动力车驱动系统动力学动力车驱动系统动力学32SELF-ASSESSMENTREPORTFORTHEASSESSMENTOFUNDERGRADUATETEACHINGμ0s0kμμm0smBA滑动率s切向力系数μs2s112旋转振动旋转振动纵向振动纵向振动“减小–增大–减小–增大–减小”“减小–增大–减小”纵向加速度波动频率是旋转