机械牵引传动系统是铁路机车动力传递的主要路径,同时也是转向架乃至机车中易发生故障和失效的薄弱环节,其中,齿轮传动系统是最为关键的环节之一,其性能的好坏直接影响到机车能否正常运行,与机车服役动态性能甚至运行安全密切相关。随着我国重载铁路的快速发展,大功率、大轴重、高速度是机车发展的主要方向,这给机车齿轮传动系统服役性能与安全提出了更高的要求和更为严峻的挑战。同时,齿轮传动系统一旦发生故障,轻则劣化机车动态性能,重则引起机车牵引/制动动力中断,导致列车运行失控甚至脱轨等严重安全事故,给列车运行平稳性甚至行车安全带来极大不利影响。因此,研究牵引齿轮传动系统与机车系统之间的耦合动态相互作用机制,分析齿轮传动系统对大功率重载机车动力学性能的影响,对保障我国重载列车稳定安全运营具有重要的理论意义和实际工程应用价值。在分析和总结国内外机车及齿轮传动系统动力学研究概况与我国目前使用的主型重载电力机车及齿轮传动系统结构特点和工作原理的基础上,采用多体动力学的方法,建立了考虑齿轮传动系统耦合效应的大功率重载机车系统动力学模型,利用现场试验测试数据验证了建立的机车系统动力学模型的正确性;推导了牵引传动装置采用抱轴式对称布置的2(B0-B0)轴式机车的轴重转移理论解析计算公式;在此基础上,分析了齿轮传动系统耦合效应对重载机车动力学响应特性及动态性能指标的影响。首先,利用多体动力学软件对重载机车及其牵引齿轮传动系统进行了详细动力学理论建模,在揭示齿轮传动系统耦合效应机制的基础上,建立了含齿轮传动系统的完整机车系统动力学模型;利用建立的模型,计算获得了机车车体和转向架构架的动力学响应,并与现场试验测试数据进行了对比分析。研究结果表明:仿真计算得到的车体及构架振动加速度响应波形与现场试验测试获得的结果在幅值和趋势上均吻合良好。例如,相同工况下,测试和仿真计算获得的车体垂向振动加速度最大值分别为0.30g和0.28g,横向振动加速度最大值分别为0.030g和0.026g;而构架垂向振动加速度最大值分别为0.65g和0.60g,横向振动加速度最大值分别为0.48g和0.50g。其次,推导了重载机车轴重转移理论解析计算公式,对比分析了考虑齿轮传动系统的机车动力学模型与理论公式计算获得的机车轴重转移结果,二者吻合良好;此外,由于动力学模型综合考虑了机车实际运行过程中各种动态激励的耦合作用,可以进一步反映机车运行过程中的动态轴重转移现象。最后,对比分析了考虑齿轮传动系统与传统不考虑齿轮传动系统的机车运行平稳性、行车安全性、轮轨动态相互作用等动力学性能评价指标,揭示了齿轮传动系统耦合效应对机车动力学性能的影响。结果表明:两种模型在脱轨系数、轮重减载率、车体振动响应、构架振动响应、平稳性指标、轮轨垂向力、轮轨横向力、轮轴横向力等方面均表现出一定的差异,尤其是轮重减载率、轮轨垂向力、轮轨横向力等方面,无论是幅值还是趋势,两者的计算结果差异较为明显。