1.目的及意义

1.1国内外研究现状分析

随着我国贸易经济的深入发展，我国运输行业也随之进入了蓬勃发展时期，对于各个港口企业的各项能力也有了更高的要求，尤其是港口运输的能力水平更是直接影响着我国对外贸易的经济活动，在这种情况下就需要针对港口机械制造工艺作出进一步优化及创新，使其能够有效提升港口运输的机械工作效率。^[1]

本课题的主要研究对象是火车牵引车,属于铁路机械。在我国货运体系中，铁路货物运输始终占据着举足轻重的地位，铁路货运发展与经济社会发展相互依存、相互促进。近年来，虽然我国铁路路网规模突飞猛进，但铁路货运增长速度却缓慢，铁路货运量占全社会货物运输总量的市场份额也在逐年下降。^[2]

有关于火车牵引车的研究，无论是国内还是国外，还都处于初步阶段^[3]，已有成果主要有以下几种主要形式，都有各自的优缺点。

1）公铁两用火车牵引车。我国于 2004 年开始高速铁路建设，2015 年年底，成为全世界拥有最大规模、最高运营速度的高速铁路路网的国家。随着动车组列车在我国铁路中的大规模应用，牵引车设备已由过去的轨道牵引车升级为更加方便、灵活的公铁两用牵引车，并且由传统的内燃机驱动牵引车转型为电力驱动牵引车。电动公铁两用牵引车具有体积小、噪音低、节能环保等特点，适用于列车检修基地的封闭空间环境。^[4]公铁两用牵引车也有其不足之处。为了满足公铁两用的使用要求，牵引车与要有两套车轮，一套适用于公路的橡胶轮，一套适用于铁路的钢轮，使得结构变得复杂，增加成本。与此同时，机械的其他机构也会变得复杂，如传动机构^[5][6],牵引车的稳定性也会受到一定影响。^[7]

2）调车绞车。调车绞车一般用在矿山、港口码头或电厂、水泥厂等需要用调车绞车牵引铁路车皮，装卸大宗散装物料的露天室外环境。^[8]由于牵引钢丝绳的布置线路很长，传统的调车绞车托辊一般不采用带绳槽槽形的滚筒，而是采用整体式铸铁或铸钢圆柱滚筒式托辊。这种托辊的好处是对水平方向安装精度要求不高，加工工艺相对简单。缺点是滚筒消耗材料多，表面淬硬困难，使用寿命短。 一旦滚筒因磨损损坏，则整个托辊就要报废。^[9]因此，在以往的使中，用户不得不花费大量的人财物力做托辊的采购更换。此外，由于牵引钢丝绳的布置线路很长，所需钢丝绳的长度也很长，同时钢丝绳还是消耗品，需要定期更换，也增加了成本。^[10]

3）火车头牵引车。传统的铁路货运主要负责铁路运输部分，很少与其他运输方式进行协同运输，较少参与到铁路运输两端的集货和配送。^[11]该形式比较普遍，即使用火车头牵引车箱，完成货物的牵引及运输。牵引车的形式主要为全挂牵引车。主要缺点为牵引车动力传动系统可能存在费用高，牵引传动系统控制不是很合理的问题，另外火车头的价格也十分昂贵，且火车头自重较大,对铁路的载荷也十分巨大，要求很高。^[12][13]

以上为国内外火车牵引车的几种主流形式及其各自优缺点，目前的主要研究趋势有新能源技术对于牵引车的应用，随着能源供给日趋紧张和环保要求日趋严厉，港口机械作为能源消耗大户，其能源消耗模式的转型势在必行^[14]，港口牵引车是港口的主力运输设备，主要以柴油为主要燃料，不仅能源成本较高，而且对港区环境造成了严重污染，因此在港口牵引车上应用环保清洁节能能源，不仅有利于保障经济健康持续发展，而且可以有效解决能源紧缺和环境污染问题。^{[15] [16][17]}

牵引车的设计与改进的过程中，也应用了许多新的技术手段及辅助工具。例如半挂牵引车车架疲劳可靠性分析及优化^[18],又如基于牵引车轻量化考虑，使用铝壳代替铸铁壳变速器后，动力总成质量减轻引起整车怠速振动较大。利用 ADAMS对悬置系统刚体模态进行仿真分析，通过试验验证仿真模型的有效性，找出引起整车怠速振动的原因和优化方向。以悬置刚度为优化参数，以悬置系统主振动能量分布的加权组合为目标函数，给出优化后的悬置参数。最后，在怠速工况下对转向盘振动量和悬置传递率进行测试，结果表明，优化后整车振动得到明显改善。^[19][20]