考慮貨車結(jié)構(gòu)特征的重載列車縱向動力學(xué)研究.pdf

1、大軸重化、長編組化是重載鐵路的發(fā)展趨勢。但隨著貨車軸重的提高和列車編組數(shù)量的增大，列車牽引和制動的操縱難度將加大，由此引起的縱向沖動效應(yīng)也越來越突出。由國內(nèi)外運用實踐可知，重載列車縱向沖動引起的安全問題和隱患多出現(xiàn)在調(diào)車沖擊作業(yè)、列車緊急制動、列車曲線通過等工況，具體表現(xiàn)為鉤緩、搖枕、車體等結(jié)構(gòu)的沖擊破壞以及縱向沖動在橫向、垂向耦合作用下引起的抻鉤和脫軌事故等。在此背景下，本文結(jié)合中國現(xiàn)役的重載鐵路貨車運用和編組情況，分別建立一維全列車

2、縱向動力學(xué)模型和三維短編組列車動力學(xué)模型，研究調(diào)車沖擊作業(yè)和列車制動操作下的縱向振動特性及其影響，并探討短編組車輛在曲線制動條件下的脫軌安全性，為貨車及其零部件設(shè)計和列車運行安全提供理論參考。
　　主要研究工作與結(jié)論如下:
　　1.基于摩擦式緩沖器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，通過理論推導(dǎo)其力學(xué)表達式并引入修正參數(shù)，建立了適用于中國重載貨車緩沖器的通用力學(xué)計算模型，并通過與車輛沖擊試驗結(jié)果的對比，驗證了其動態(tài)阻抗特性的準確性;為了獲

3、取并評估車鉤力、轉(zhuǎn)向架沖擊力、緩沖器位移、車體結(jié)構(gòu)變形等振動響應(yīng)，通過建立心盤組成力學(xué)模型以及車體結(jié)構(gòu)等效模型，建立了一種考慮貨車結(jié)構(gòu)特征的列車縱向連接模型，該模型一方面改善了傳統(tǒng)連接模型的仿真結(jié)果，一方面也拓展了縱向列車動力學(xué)理論的應(yīng)用范圍。
　　2.以中國鐵路調(diào)車作業(yè)為研究背景，建立了車輛調(diào)車沖擊計算模型，對部分輸出結(jié)果與試驗結(jié)果進行了比較分析。研究了車輛軸重、沖擊模式、緩沖器阻抗特性、車體與轉(zhuǎn)向架連接剛度、車體結(jié)構(gòu)剛度、貨物

4、遲滯效應(yīng)以及輪軌運行阻力等因素對車輛縱向沖擊特性的影響。結(jié)果表明，隨著車輛總重的增加，車鉤力、心盤縱向力均呈現(xiàn)依次遞增趨勢;相同編組數(shù)量下，重車沖擊重車時各連掛界面處的車鉤力較大，重車沖擊空車時沖擊界面車輛的心盤縱向力較大;隨著車體與轉(zhuǎn)向架連接剛度的增大，車鉤力變化的幅度很小，而心盤縱向力則呈現(xiàn)非線性增大趨勢。隨著車體結(jié)構(gòu)剛度的增大，各沖擊速度下的車鉤力均呈現(xiàn)增大趨勢;在罐車調(diào)車沖擊中，由于液體的縱向晃動消耗了一部分的沖擊能量，使得車鉤

5、力和速度隨時間衰減變化得更快;被沖擊車輪軌運行阻力越大，受沖擊時其車鉤力和心盤縱向力也越大。
　　3.以中國重載列車為研究對象，研究了列車在緊急制動工況下的縱向振動基本特征，并探討了車輛軸重、車鉤間隙效應(yīng)和制動特性參數(shù)等對列車在縱向沖動和制動效率方面的影響。結(jié)果表明，相同載重的列車采用大軸重方式要比采用長編組方式更有利于減小列車的縱向沖動;在相同制動裝備條件下，由于列車管長度因素，通用列車制動時往往比運煤專用列車引起的縱向沖動更大

6、;先慢后快的制動波傳播特性、凸出型的制動缸升壓特性以及收斂型的制動缸壓力變化規(guī)律對列車縱向動力學(xué)性能最有利;改進型Locotrol系統(tǒng)可顯著提高列車的縱向動力學(xué)性能;從減小車鉤力角度，列車在由空、重車混編時，應(yīng)嚴格控制編入空車的數(shù)量，并盡量將空車集中置于列車的尾部，尤其要避開全重列車下最大壓鉤力附近的車位;在由不同軸重及載重的車輛混編時，應(yīng)將較重的車輛置于列車前部，較輕的車輛置于列車后部，并盡可能地按車輛重量遞減依次編入;在由不同車型的

7、車輛混編時，應(yīng)盡量避免將車體剛度較小的平車或罐車集中置于列車中部。
　　4.基于三輛貨車編組的三維耦合列車動力學(xué)模型，分別從車鉤偏轉(zhuǎn)、車鉤壓力、車鉤高度差、閘瓦壓力以及連續(xù)縱向沖動等方面對重載貨車在曲線制動工況下的安全性進行分析。結(jié)果表明，列車制動產(chǎn)生的縱向沖動會降低編組貨車曲線通過安全性。當重載貨車通過R370曲線時，編組模型比單車模型下的輪軌橫向力、脫軌系數(shù)和輪重減載率分別大11％、8％和6％;全重的編組模型在1000kN車鉤

8、壓力作用下的輪軌橫向力、脫軌系數(shù)和輪重減載率分別比惰行時大6％、5％和1％;“兩重夾空”的編組模型在1000kN車鉤壓力作用下的輪軌橫向力、脫軌系數(shù)和輪重減載率分別比惰行時大12％、19％和51％;列車制動時，在轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置作用下，閘瓦壓力給輪對伸縮和搖頭施加了附加約束力，推動輪對偏離轉(zhuǎn)向架中心，限制輪對自由搖頭，使沖角始終處于較高值，從而增大車輪爬軌的可能性以及輪軌磨耗趨勢;當編組車輛所在的列車進行緊急制動時，連續(xù)的縱向沖動使其