重載列車縱向沖動動力學研究.pdf

1、提高軸重和增加列車編組數(shù)量已成為我國重載鐵路提高運能和效率的重要途徑和手段，國內(nèi)外重載列車的運營、試驗及研究均表明貨車軸重的提高和列車編組數(shù)量的增加會導(dǎo)致列車中的縱向沖動顯著增大，從而帶來一系列安全隱患，如車輛結(jié)構(gòu)的破壞、脫軌等事故。因此，通過理論及試驗方法研究重載列車的縱向沖動動力學相關(guān)問題，對我國現(xiàn)有及在建重載鐵路的安全運營具有重要意義。鑒于此，本論文以國內(nèi)重載列車為研究對象，研究了重載列車調(diào)車工況及列車制動工況下縱向沖動動力學所涉

2、及的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　根據(jù)摩擦緩沖器的動力學計算理論，基于緩沖器試驗數(shù)據(jù)建立多段線性模型，利用附加黏滯摩擦力和附加阻尼力進行理論修正，構(gòu)建緩沖器多段線性動力學修正模型并編制緩沖器動力學程序，利用車輛沖擊仿真、三角函數(shù)位移激勵及沖擊試驗對修正模型進行驗證和分析，并研究了動力學模型中的參數(shù)對緩沖器特性的影響。研究結(jié)果表明，緩沖器多段線性動力學修正模型能真實的反映出列車調(diào)車工況和沖擊試驗中緩沖器的特性;附加黏滯摩擦力方程中的轉(zhuǎn)換速度、

3、外部位移激勵頻率、等效摩擦系數(shù)等參數(shù)均能有效的反映緩沖器的尖峰效應(yīng);附加阻尼和車體剛度的共同作用較好的模擬了緩沖器加載曲線與卸載曲線之間的過渡，解決了緩沖器過渡曲線的能量耗散問題。
　　通過構(gòu)建列車空氣制動充氣特性多參數(shù)數(shù)學簡化計算方法，研究了不同參數(shù)對列車制動缸充氣特性曲線的作用，對150輛裝用120型空氣制動閥的重載列車空氣制動系統(tǒng)進行模擬，計算了不同工況下的制動缸壓升特性曲線，并與空氣制動系統(tǒng)定置試驗結(jié)果進行了對比，構(gòu)建列車

4、基礎(chǔ)制動裝置計算模型，分析了速度及摩擦系數(shù)與閘瓦壓力的關(guān)系。研究結(jié)果表明，列車空氣制動特性多參數(shù)數(shù)學簡化方法中涉及到的制動控制閥特性參數(shù)、制動缸充氣特性參數(shù)、制動波傳播速度特性參數(shù)均會對列車制動特性產(chǎn)生影響，通過參數(shù)的組合可以成功模擬不同特性的制動充氣曲線;緊急制動及常用制動工況的數(shù)值仿真結(jié)果與試驗結(jié)果較為吻合;制動過程中閘瓦壓力越小，速度越低，摩擦系數(shù)越大。
　　基于車輛沖擊數(shù)學方程和緩沖器多段線性動力學修正模型，通過建立多組沖

5、擊模型、車體剛度串聯(lián)模型以及車體—鉤緩—車體串聯(lián)模型等，系統(tǒng)研究了不同編組形式、制動狀態(tài)、車鉤間隙、空重車狀態(tài)、車體剛度以及不同阻抗特性緩沖器組合對車輛縱向沖動的影響。研究結(jié)果表明，不同編組形式導(dǎo)致不同沖擊分界面的車鉤力有所不同，且最大車鉤力也受到車鉤間隙的影響;被沖擊車制動力越大，縱向沖動越大;不同空重車沖擊獲得的車鉤力及速度變化規(guī)律不同;當車體剛度較小，沖擊速度較高時，車體剛度會對車鉤力產(chǎn)生較大的影響;不同阻抗特性的緩沖器組合沖擊時

6、，最大車鉤力和緩沖器行程明顯不同。
　　基于緩沖器動力學理論、接觸算法及車輛系統(tǒng)動力學理論，利用UM軟件構(gòu)建了車鉤動力學計算模型以及裝配轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架的C80貨車完整自由度的系統(tǒng)動力學模型，采用車輛沖擊三維動力學數(shù)值模擬的方法對重載貨車沖擊進行了仿真，利用車輛沖擊試驗的方法，研究了車輛沖擊過程中縱向沖動及搖枕橫向載荷，并將車輛沖擊三維動力學仿真結(jié)果及沖擊試驗結(jié)果進行了對比。研究結(jié)果表明，采用雙向接觸算法的車鉤動力學計算模型較好的模擬

7、了貨車沖擊中車鉤的連掛過程，由于考慮了車鉤、從板的質(zhì)量等因素致使車鉤力存在高頻小幅振蕩;車輛沖擊三維動力學模型有效的模擬了車輛在縱向和垂向的耦合作用、沖擊端和非沖擊端的垂向增減載及搖枕橫向載荷變化過程和規(guī)律，計算結(jié)果與車輛沖擊試驗結(jié)果較為吻合，且隨著速度的增加整體變化趨勢也較為一致;在重載貨車進行調(diào)車沖擊過程中，要嚴格控制重車與空車的編組連掛速度，從而防止車輛脫軌、爬車等事故并確保車輛中搖枕等結(jié)構(gòu)的安全可靠。
　　依據(jù)緩沖器動力學

8、修正模型、列車空氣制動特性多參數(shù)數(shù)學簡化計算方法并結(jié)合列車縱向動力學理論，分別對考慮有無電制動力、不同坡道的線路條件、Locotrol延時與否等情況下的重載列車的縱向沖動動力學特性進行了計算，并與大秦線1+2+1編組的2萬t重載組合列車的試驗結(jié)果進行了對比，根據(jù)車鉤計算模型和車輛動力學理論，采用聯(lián)合模型法和混合模型法建立列車動力學模型，研究了列車縱向沖動對車輛動力學的影響。研究結(jié)果表明，列車縱向動力學模型成功的模擬了長大編組重載列車在緊