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宽轨机车动力学安全性试验分析

文档作者：李嘉伟1 秦宝清2 文档来源： 1 大同电力机车有限责任公司技术中心 2 铁道部驻大同机车车辆验收室		点击数：	更新时间： 2021年05月07日
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第33卷增刊
2013年6月
铁道机车车辆
RAIl。WAY LOCOMOTIVE＆CAR
V01．33 Suppl
Jun． 2013
文章编号：1008—7842(2013)S1--0036--03
宽轨机车动力学安全性试验分析
李嘉伟1，秦宝清2
(1 大同电力机车有限责任公司技术中心，山西大同037038；
2 铁道部驻大同机车车辆验收室，山西大同037038)
摘要随着国内机车车辆技术的日趋成熟，国内多家机车车辆厂的整车及其零部件已经走出国门，特别是前苏
联地区的宽轨铁路市场，目前国内已有多种宽轨机车出口到该地区。但对于宽轨机车，国内前期的研究较少，特别
是宽轨机车动力学安全性试验的评价，少有文献涉及。现介绍了宽轨机车动力学安全性试验的评价指标和试验方
法，分析了宽轨机车动力学安全性评价指标和国内标准的差异，为出口宽轨铁路市场机车的设计提供借鉴。
关键词宽轨机车；动力学；试验；方法；评价；分析
中图分类号：U260．11 文献标志码i A doi：10．3969／j．issn．1008—7842．2013．Z1．10
近年来随着我国铁路机车车辆装备制造业的快速
发展，机车车辆整车产品和关键配件已打人亚、非、欧、
美、澳五大洲Ⅲ，特别是前苏联地区的宽轨铁路市场，目
前国内已有多种车型出口到该地区，如中国北车集团大
同电力机车有限责任公司出口白俄罗斯的宽轨2(B。一
B。)轴式大功率交流传动货运电力机车等。但对于宽轨
机车(国内一般均指以俄罗斯为主的、采用轨距为1 520
mm的铁道线路用机车)，国内前期的研究较少，特别是
宽轨机车动力学安全性试验的评价，少有文献涉及。
本文从宽轨机车动力学安全性试验评价的指标和
方法出发，分析了宽轨机车动力学安全性评价指标和国
内标准的差异。
1动力学评价指标
宽轨机车动力学安全性的评价按照IIB)KT KT 04
—98《电力机车安全标准》进行，该标准是以俄罗斯为主
的、采用宽轨铁道线路国家的电力机车安全性评估标准，
主要通过机车动力学安全性试验评价的指标见表1。
表1动力学安全性评价指标
1．1 车轮抗脱轨稳定性安全系数
根据宽轨机车主要的动力学试验单位——波罗的
海实验中心有限责任公司对HB泓T ItT 04—98《电力
机车安全标准》中车轮抗脱轨稳定性安全系数计算公式
的推导简化，该系数瞬时值的定量评估由公式(1)计算，
该公式已纳入了波罗的海实验中心有限责任公司的企
业标准。叩驴一再焉雨·。磊鲁㈩¨’
式中叩为车轮抗脱轨稳定性安全系数；卢为车轮轮缘相
对于水平面的倾斜角，按照FOCT 11018—2000标准规
定的车轮踏面外形，取70。；岸为车轮踏面与轨道的摩擦
系数，按照HB水T ItT 04—98《电力机车安全标准》，取
0．25；P垂为车轮与轨道之间的垂向力，kN；P横为车轮
与轨道相互作用的横向力，kN。
1．2 水平动荷系数
按照HB)KT ItT 04～98《电力机车安全标准》，水
平动荷系数按照公式(2)确定：
k芝(2)
式中k为水平动荷系数；Y，为在动态运行试验中检测
的构架力，以半波幅值计算，kN；P。。为静态轴重(由机
车称重试验结果确定)，kN。
1．3 两系悬挂装置动荷系数
根据HB)王(T ItT 04～98《电力机车安全标准》，两
系悬挂装置动荷系数用于评定弹簧悬挂装置在垂直方
向允许的动态载荷条件，由公式(3)确定。
d一芸(3)
厂CT
式中艿为悬挂装置的垂直动荷系数；P。为弹簧悬挂装
李嘉伟(1971)男，山西神池人，高级工程师(收稿日期：2012—09—26)
万方数据
增刊1 宽轨机车动力学安全性试验分析
置上端作用的动态垂直力，kN；P。，为作用在弹簧悬挂
装置上端的机车簧承质量的静态力，kN。
2试验方法
2．1 两系悬挂装置的刚度特性检查方法
为了计算机车动力学性能指标，需要确定一、二系
悬挂装置在垂向和横向的刚度值，方法为：
(1)垂向刚度检测
在两系悬挂处安装垂向位移传感器，利用架车机抬
起车体，见图1。在架车机与车体接触面处放置力传感
器，抬起车体一定的高度(该高度由被试机车两系悬挂
装置的静挠度决定，一般取总静挠度的o．15～o．25)，
分别检测一系、二系悬挂垂向的位移以及力传感器的数
值，这样反复检测3次，并记录检测数据。
(2)横向刚度检测
在两系悬挂处安装横向位移传感器，利用千斤顶给
单个构架施加一定的力(一般不超过lOO kN)，见图2。
分别检测一系、二系悬挂装置横向的位移以及千斤顶处
力传感器的数值，这样反复检测3次，并记录检测数据。
通过上述方法检测的力和位移数据进行分析，算出
两系悬挂垂向和横向的刚度值。
图1 垂向刚度检测
图2横向刚度检测
2．2 线路运行试验方法
按照机车动力学试验标准CT CC(P)KT UT 15—98
《机车动力强度试验标准》的要求，试验过程包括所有类
型的路段(包括直道、弯道、道岔)和工况(包括牵引、惰
行、制动)，其中弯道包括大半径曲线(大于600 m)和小
半径曲线(小于400 m)。
对于设计速度为100t120 km／h的机车，试验速度
为从50 km／h开始至不超过1．15倍最大设计速度；对
于设计速度为160～200 km／h的机车，试验速度为从
80 km／h开始至不超过1．1倍最大设计速度。试验速
度间隔为lo～15 km／h。
在规定最小试验速度到最高试验速度下，进行正向
(“A”端前面)和反向(“B”端前面)运行测试，并保证每
段测试的记录大于3 min。
进行试验时，通过检测设备记录了以下数值：
(1)导向轮对一系悬挂处构架相对于轮对的垂向位
移(左、右各布置一个垂向位移传感器)；
(2)导向轮对一系悬挂处构架相对于轮对的横向位
移(左侧布置一个横向位移传感器)；
(3)前转向架二系悬挂处车体相对于构架的垂向位
移(左、右各布置一个垂向位移传感器)；
(4)前转向架二系悬挂处车体相对于构架的横向位
移(左侧布置一个横向位移传感器)。
通过上述位移试验数据，结合第2．1节算出的两系
悬挂的垂向、横向刚度值，计算参数P垂、P横、y。，和P。，
的值，根据公式(1)、(2)、(3)，评估机车动力学的性能指
标。
3试验指标与国内标准的对比分析
根据宽轨机车动力学安全性试验的指标和方法，结
合国内机车动力学安全性试验标准，对试验指标进行了
分析。
(1)脱轨安全性
国内机车脱轨安全性主要的评定指标为脱轨系数，
按照TB／T 2360—93《铁道机车动力学性能试验鉴定方
法及评定标准》评估，规定利用测力轮对直接测量作用
于机车导向车轮与钢轨之间的横向力和垂向力，然后计
算所测横向力与垂向力的比值即为脱轨系数，小于0．9
为合格。
宽轨机车通过静态检测两系悬挂装置的垂向和横
向刚度，然后动态检测两系悬挂处的各个方向的位移，
按照公式(1)和表1进行计算评估，大于等于1．4为合
格。
上述两种评价标准仅从试验方法上看，宽轨机车脱
轨安全性的评价与国内不同，但从车轮脱轨的机理来分
万方数据
38 铁道机车车辆——中国铁道学会牵引动力委员会2012年动力学及强度学组学术年会论文集第33卷
析，两种评价是相同的，限于篇幅，本文不做展开分析，
详细可以参照文献[6]进行分析。
计算分析可知，宽轨机车的抗脱轨稳定性安全系数
按照国内的脱轨系数评价，小于(tan／?一∥)／(1+户tanil)／
1．4—1．057(按照公式(1)推导)即可，较国内小于0．9
的要求松。
(2)横向安全性
国内机车横向安全性主要的评定指标为轮轴横向
力，我国GB 5599—85《铁道车辆动力学性能评定和试
验鉴定规范》中轮轴横向力(构架力)H存在缺陷，根据
近年来大功率重载货运机车普遍采用的评判规范，轮轴
横向力采用如下计算公式：
P
[H]≤15+爷(4)
0
其中H为轮轴横向力(构架力)，kN；P。为静轴重，kN。
对于轴重为25 t的机车，按照国内规范评价，轮轴
横向力H≤97 kN。
宽轨机车按照公式(2)和表1进行计算评估，小于
等于0．3为合格，则按照25 t轴重机车计算，构架力(轮
轴横向力)应小于等于：
Y。≤k×P。。一0．3×25×9．81—73．6 kN
上述分析可知，在横向安全性评估的指标中，宽轨
机车要求的轮轴横向力较国内规范严。
(3)两系悬挂动荷系数
一、二系悬挂装置的动荷系数在国内不进行专门的
试验考核，仅在机车及其转向架的设计中涉及动态运行
强度和零部件之间间隙大小时考虑。
国内几台出口宽轨铁路市场机车的设计和试验经
验表明：宽轨机车动力学性能评价指标虽与国内机车相
似，但由于目前宽轨市场国家的铁道维护等级较低，致
使轮轨接触状态恶劣，试验中出现垂向及横向振动较大
的现象；另外，分析认为，第2．1节提到的一、二系悬挂
装置的刚度特性检查方法不很精确，检测出的一、二系
悬挂装置的刚度值较实际值有偏差，这也是国内出口的
某宽轨机车的动力学性能试验不合格的原因。
鉴于此，建议今后出口宽轨铁路市场的机车在两系
悬挂装置的设计中充分分析使用线路状态和试验方法，
并尽可能设计成两系悬挂装置均为软特性弹簧支承方
式，即保证两系悬挂足够的静挠度，最大程度的减小线
路及试验方法对试验结果的影响，并保证机车运行的安
全性。
4结束语
通过宽轨机车动力学安全性评价指标和方法的介
绍、分析，指出了宽轨机车动力学安全性评价与国内现
行标准的区别，并给出宽轨机车设计的一些建议，为今
后出口宽轨铁路市场机车的设计提供借鉴。
参考文献
[1]HBⅨT UT 04—98．电力机车安全标准Es]．
[2]CT CCO)KTⅡT 15—98．牵引机车车辆一机车动力强度试
验标准[S]．
[3] 波罗的海实验中心有限责任公司．BKr一1型交流传动货
运电力机车动力强度验证试验程序ER]．拉特维亚里加，
2012．
E4]TB／T 2360—93．铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评
定标准[S]．
[5]GB 5599—85．铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范
[S]．
E6]谷爱军著．铁路轨道[M]．北京：中国铁道出版社，2004．
[7]罗世辉．轨距对机车车辆稳定性影响研究[J]．中国铁道
科学，20IO，31(2)：56—60．
Test Analysis of Dynamic Safety for Broad Gauge Locomotive
LI Jia—wei 1，QIN Bao—qing
2
(1 Technical Center，Datong Electric Locomotive Co．，Datong 037038 Shanxi，China；
2 Locomotive Acceptance Department of Ministry of Railways in Datong
Locomotive and Rolling Stock Works，Datong 037038 Shanxi，China)
Abstract：With the domestic locomotive technology matures，many domestic Rolling Stock Plant of the vehicle and its parts have been
out of the country，especially in the former Soviet Union region broad gauge railway market，currently has a variety of broad gauge lo—
comotives export to the region．But for the broad gauge locomotives，few studies early domestic，especially broad gauge locomotives dy—
namics evaluation of safety tests，few literature relates．This article describes the broad gauge locomotives dynamics safety tests and
test methods for the evaluation index，analyze the kinetics of broad gauge locomotives safety evaluation indicators and differences in na—
tional standards for the export market，the broad gauge railway locomotives designed to provide reference．
Key words：broad gauge locomotive；dynamics；test；means；criterion；analysis
万方数据

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