我国铁路已连续5次实施提速,随着机车的运营速度不断提高,提速机车已暴露出一些新的动力学性能问题,已很难适应机车进一步提速要求。为改善提速机车的横向动力学性能、满足不同线路条件的运行和200km/h提速要求,研究既有机车(本论文选用SS7E型提速机车)采用主动或半主动悬挂技术具有重要的理论和现实意义。 应用SIMPACK动力学仿真软件分别建立了42自由度的被动悬挂机车动力学仿真模型和基于天棚阻尼控制的二系横向半主动悬挂机车模型,进行半主动悬挂机车横向动力学性能研究。 分析了半主动悬对改善机车平稳性的有效性;通过对构架横向振动加速度、轮对横向力、脱轨系数等指标的分析,发现了机车二系横向半主动悬挂的弊端,即采用半主动悬挂技术会恶化构架及轮对的动力学性能。因此,被动悬挂机车在采用半主动悬挂技术时应该进行平稳性、构架及轮对动力学性能多指标综合优化,以达到运行标准。本论文优化了可控减振器的位置参数和高阻尼系数,得到了一组合理的悬挂参数。 对优化后的二系横向半主动悬挂机车进行稳定性、平稳性、曲线通过性能分析;同被动悬挂相比,半主动悬挂机车更趋于稳定,平稳性指标改善25%左右,曲线通过性能相差较小;半主动悬挂机车在美国Ⅴ级线路200km/h运行速度下,横向平稳性指标达到优等级,垂向平稳性指标、构架及轮对动力学性能指标、曲线通过性能指标均符合标准;同时,在中等级线路以上有较好的适应性。说明在不改变原机车参数的情况下,采用半主动悬挂技术后,改善了机车的横向动力学性能且使原设计最高时速为160km的机车的速度提高到200km/h,满足了不同线路条件运行和200km/h提速要求。 最后,建立了42自由度具有时滞环节的二系横向半主动悬挂机车动力学仿真模型。研究了高阻尼系数、运行速度和时滞对各动力学性能指标的影响。在原半主动悬挂系统中加入时滞环节后运行200km/h,机车的轮对动力学性能超出相应的标准,说明时滞会恶化机车动力学性能。