打开文本图片集

摘要：HXD1D型机车作为我国铁路干线上的重要牵引动力，其晃车问题一直是影响乘客舒适度和机车运行安全的关键因素。本文详细探讨了HXD1D型机车油压减振器的工作原理以及在改善晃车过程中的采取措施和实际应用效果，并提出了针对性的优化建议。实际运用表明，油压减振器优化后的阻尼性能在提升机车运行平稳性方面发挥了重要作用，为进一步提高HXD1D型机车的运行品质提供了有益参考。

关键词：HXD1D型机车、油压减振器、运行平稳性、机车蛇行失稳

0.引言

HXD1D型电力机车是国内铁路所使用的准高速客运机车，设计最大运营时速为160km/h，其运行平稳性直接影响司乘人员的驾乘舒适度。然而，随着机车运行速度提高，以及机车走行公里的不断累积，某HXD1D型机车高级修单位C6修后的机车发生了晃车等异常现象。而油压减振器作为常见的吸能减振装置，在抑制机车蛇行失稳，提高机车运行平稳性中发挥着重要作用。本文以C6修后的HXD1D型机车晃车问题为切入，深入分析油压减振器的工作原理及其如何在解决机车晃车提升运行平稳性上发挥作用。

1.HXD1D型机车晃车问题概况

1.1 问题概况

2023年，某和谐型电力机车高级修单位C6修修竣的HXD1D-0395、0482等机车，在运行过程中接到机车乘务员反馈——机车时速达到140km/h以上时，操作端司机室出现明显的左右低频晃动现象，即“晃车”现象。

1.2问题处置情况

为了查找机车晃车问题原因，并解决机车晃车问题，检修技术人员先采取了重新检测油压减振器性能是否符合检修标准，从检测结果上看符合TB/T1491-2015《机车车辆油压减振器》、TJ/JW 104-2017《交流传动机车油压减振器暂行技术条件》和HXD1D型机车C6修检修技术规程的相应要求；后续采取提高轮廓精度、排除轮对几何尺寸不良、更换一二系弹簧、更换悬挂橡胶关节等一系列措施，虽然使机车晃车现象得到了一定改善，但总体效果并不理想。

为了能解决HXD1D型机车晃车问题，加之横向和抗蛇行油压减振器对于抑制车体和转向架之间的横摆和摇头振动、蛇行失稳等具有关键性作用。因此，决定着手研究横向和抗蛇行油压减振器阻尼优化方案，以期达到解决机车水平晃动，提升机车运行平稳性的目的。

2. 横向和抗蛇行油压减振器阻尼优化方案

2.1 油压减振器工作原理

目前，HXD1D型机车发生晃车现象的机车，其装用的油压减振器为国产品牌产品，通常有3个节流阀组成节流系统，每个阀的作用各不相同。为深入分析制订改进措施，必须对该型油压减振器的阻尼原理有充分了解。

该型油压减振器内部结构示意图如图1所示。当油压减振器受拉力作用时，单向阀B关闭，腔Ⅲ中的高压油顶开节流调压阀A流入腔Ⅰ，此时腔Ⅰ中的低压油在腔Ⅱ的吸力作用下经单向阀c流入腔Ⅱ，使腔Ⅱ始终充满油液。当减振器受压力作用时，单向阀c关闭，腔Ⅱ中的高压油顶开单向阀b流入腔Ⅲ，腔Ⅲ、腔Ⅱ中的高压油顶开节流阀a流入腔Ⅰ。

油压减振器主要利用油液的阻尼作用来吸收和缓冲机车运行过程中的振动和冲击。当机车受到外部激励时，油压减振器内的活塞会在缸筒内往复运动，同时油液通过节流孔和阻尼阀产生阻尼力，从而消耗振动的能量，达到减振目的。

2.2油压减振器阻尼优化方案

（1）增大油压减振器阻尼力

检修技术人员根据之前兰西机务段SS7E多台机车发生晃车后，要求将所有装车减振器阻尼力按公差上限调整、最终晃车得以解决的经验，尝试对HXD1D机车的横向和抗蛇行减振器阻尼力也做类似调整，即将横向和抗蛇行减振器的拉压阻尼力公差按0～+15%范围控制，考核装车效果。

将增大阻尼力的二系横向和抗蛇行油压减振器安装至HXD1D-0395机车上进行验证，结果通过平稳性检测仪检测和添乘体感，并未能改善机车晃车问题。因此，增大油压减振器阻尼力无法解决机车晃车问题。

（2）减振器工作油的筛选使用

目前HXD1D型机车油压减振器所用的减振器油型号为HTJ30，其各项性能指标均满足TJ/JW 104-2017《交流传动机车油压减振器暂行技术条件》5.4-减振器工作油的基本技术要求。图2是HTJ30减振器工作油以及国内铁路机车车辆油压减振器普遍使用的减振器工作油典型数据对比图。

有资料表明，减振器工作油的粘度指数越高，油品粘度随温度变化的影响越小，其粘温性能越好。当油液温度降低后，油液分子动能降低，分子间作用力增大，造成粘度上升。反之在温度升高后，油液分子动能升高，促进了分子间流动，使油液的粘度减小。因此，温度越低，油液的流动性越差，阻尼阀系统的节流作用越强，从而使得低温条件下减振器阻尼力急剧升高。

如果减振器工作油过于粘稠，会使减振器阻尼相对增大变硬，影响机车的运行平稳性，而稀薄的减振器油会使减振器阻尼相对减小偏软，影响机车在弯道中的稳定性。因此，选择一款粘温性能稳定、耐低温的减振工作器油尤为重要，考虑其中福斯的TITAN SAF 5045 CY 137这款低温专用减振器油比较适合，也是目前萨克斯和科尼油压减振器的主要用油。因此，检修技术人员决定将HXD1D型机车油压减振器工作油变更为TITAN SAF 5045 CY 137，并结合后续优化方案进行装车验证。

（3）缩小拉压阻尼力的偏差范围和拉压阻尼力的不对称率

根据《HXD1D型电力机车检修技术规程》（C6修）油压减振器试验参数要求，横向和抗蛇行油压减振器各振动速度下的阻尼力，在减振器特性规定的阻尼力±20%范围内，其阻尼力公差范围大于TB/T1491-2015《机车车辆油压减振器》和TJ/JW 104-2017《交流传动机车油压减振器暂行技术条件》规定的±15%。

考虑到阻尼对车体振动的影响，根据油压减振器阻尼率的简化模型计算出的运动方程及频率响应函数可知均方根振动加速度公式为式①所示[1]

式①中，为均方根振动加速度；v为运行速度；G为表征轨道不平顺大小的辐值参数，

P为车体自振频率，D为阻尼值，μ为悬挂系统刚度比

对式①进行求导取最小极限值，使振动加速度减小到最低程度。从中得出合适的刚度比μ值=2和最佳阻尼值D=0.193≈0.2。由此可得越靠近阻尼名义值，减振性能发挥更稳定，因此在原先HXD1D机车油压减振器阻尼力公差范围基础上，确定优化后的横向油压减振器的阻尼力公差控制在±10%、拉伸压缩阻尼力的不对称率为5%；抗蛇行油压减振器的阻尼力公差控制在±5%，拉伸压缩阻尼力的不对称率为3%。

由于装车国产减振器其油液为单向循环流动，即在拉伸和压缩行程中，油液始终从工作油缸经阻尼阀和导油管向储油缸作单向流动产生拉压阻尼力。拉伸运动时，活塞单向阀关闭，底阀单向阀打开；压缩运动时，活塞单向阀打开，底阀单向阀关闭。因此，确保拉压阻尼对称的关键是必须注重以下方面：

（a）防止拉压阻尼由于单向阀故障产生内泄，检修中必须通过对阀口修整研磨、更新阀片、检查泄漏等多项检修措施，使活塞和底阀的各单向阀密封可靠。

（b）保证零部件和减振器油液的清洁度尤为重要。微小铁屑或者其他颗粒状杂质会擦伤密封件、活塞杆、堵塞或磨损阻尼阀节流孔或单向阀阀口。

（c）检查阻尼阀的节流小孔是否通畅。必须将阻尼阀系统各件分解至最小单元，逐一清洗并检查弹簧、阻尼阀座、芯阀等各件工作面状态，同时确保节流小孔无堵塞。

HXD1D-0482、0395机车油压减振器，按缩小拉压阻尼力的偏差范围和拉压阻尼力的不对称率优化方案，重新检修前后的不对称率、拉力偏差和压力偏差情况对比如图3～6所示。

由图中各数据对比可知，优化后不对称率、拉力偏差和压力偏差相较于与优化前要更接近与0点，也即是减振器实际阻尼值更加接近于名义阻尼值。

2.3 减振器阻尼优化方案装车验证情况

重新检修调整后的油压减振器分别装车后，在运行时速达到140km/h后各机车运行正常，跟车人员反馈未发生晃车和车钩异响，晃车仪测量结果为优秀。装用调整后的油压减振器的部分机车运用检测情况见表1：

3.结论及后续工作

3.1结论

本文通过对HXD1D型机车改善晃车过程中油压减振器所起作用的深入探索与思考，得出了以下结论：使用合适的减振器工作油，通过缩小油压减振器拉压阻尼力的偏差范围和拉压阻尼力的不对称率，可有效提高HXD1D型电力机车的运行平稳性和乘坐舒适度。

3.2 后续工作

（1）继续探讨二系横向减振器与抗蛇行减振器之间的关系，研究二者中哪一个性能对机车运行平稳性影响较大。

（2）油压减振器的优化建议

（a）改进油压减振器的结构设计，提高其阻尼性能和稳定性。通过优化节流孔大小和阻尼阀结构等参数，进一步提高油压减振器的减振效果。

（b）优化油液的选择和配方。选用粘度适中、抗磨性能好的油液，以提高油压减振器的使用寿命和减振性能。

（c）采用智能控制系统对油压减振器进行实时调节。通过实时监测机车的运行状态和振动情况，智能控制系统可以自动调整油压减振器的工作参数，以适应不同运行条件下的减振需求。

参考文献：

1 机车车辆液压减振器—杨国桢 王福天 编著。

2 刘建新，王开云—抗蛇行减振器对机车运行平稳性的影响。交通运输工程学报，2006，6（4）：1-4。

3 曾京，邬平波—减振器橡胶节点刚度对铁道客车系统临界速度的影响。中国铁道科学，2008，29（2）：94-98。

4 代忠美—高速车辆转向架稳定性机理研究。成都；西南交通大学，2014。

5 何远，王勇—抗蛇行减振器串联刚度对高速动车组运行稳定性的影响。机车电传动，2015（3）：26-29。

6 孙建锋，池茂儒—抗蛇行减振器参数对车辆稳定性的影响分析。振动、测试与诊断，2018

作者简介：娄志松，本科学历，高级工程师，研究方向：机车检修技术管理