重載列車縱向沖動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、提高軸重和增加列車編組數(shù)量已成為我國(guó)重載鐵路提高運(yùn)能和效率的重要途徑和手段，國(guó)內(nèi)外重載列車的運(yùn)營(yíng)、試驗(yàn)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(huì)導(dǎo)致列車中的縱向沖動(dòng)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(yàn)方法研究重載列車的縱向沖動(dòng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)問題，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有及在建重載鐵路的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。鑒于此，本論文以國(guó)內(nèi)重載列車為研究對(duì)象，研究了重載列車調(diào)車工況及列車制動(dòng)工況下縱向沖動(dòng)動(dòng)力學(xué)所涉

2、及的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　根據(jù)摩擦緩沖器的動(dòng)力學(xué)計(jì)算理論，基于緩沖器試驗(yàn)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(jìn)行理論修正，構(gòu)建緩沖器多段線性動(dòng)力學(xué)修正模型并編制緩沖器動(dòng)力學(xué)程序，利用車輛沖擊仿真、三角函數(shù)位移激勵(lì)及沖擊試驗(yàn)對(duì)修正模型進(jìn)行驗(yàn)證和分析，并研究了動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)對(duì)緩沖器特性的影響。研究結(jié)果表明，緩沖器多段線性動(dòng)力學(xué)修正模型能真實(shí)的反映出列車調(diào)車工況和沖擊試驗(yàn)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(lì)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(dòng)充氣特性多參數(shù)數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算方法，研究了不同參數(shù)對(duì)列車制動(dòng)缸充氣特性曲線的作用，對(duì)150輛裝用120型空氣制動(dòng)閥的重載列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，計(jì)算了不同工況下的制動(dòng)缸壓升特性曲線，并與空氣制動(dòng)系統(tǒng)定置試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，構(gòu)建列車

4、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置計(jì)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(dòng)特性多參數(shù)數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化方法中涉及到的制動(dòng)控制閥特性參數(shù)、制動(dòng)缸充氣特性參數(shù)、制動(dòng)波傳播速度特性參數(shù)均會(huì)對(duì)列車制動(dòng)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(dòng)充氣曲線;緊急制動(dòng)及常用制動(dòng)工況的數(shù)值仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合;制動(dòng)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(xué)方程和緩沖器多段線性動(dòng)力學(xué)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(dòng)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(duì)車輛縱向沖動(dòng)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(dòng)力越大，縱向沖動(dòng)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(dāng)車體剛度較小，沖擊速度較高時(shí)，車體剛度會(huì)對(duì)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(shí)

6、，最大車鉤力和緩沖器行程明顯不同。
　　基于緩沖器動(dòng)力學(xué)理論、接觸算法及車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，利用UM軟件構(gòu)建了車鉤動(dòng)力學(xué)計(jì)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(dòng)力學(xué)模型，采用車輛沖擊三維動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬的方法對(duì)重載貨車沖擊進(jìn)行了仿真，利用車輛沖擊試驗(yàn)的方法，研究了車輛沖擊過程中縱向沖動(dòng)及搖枕橫向載荷，并將車輛沖擊三維動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果及沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明，采用雙向接觸算法的車鉤動(dòng)力學(xué)計(jì)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(dòng)力學(xué)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(jì)算結(jié)果與車輛沖擊試驗(yàn)結(jié)果較為吻合，且隨著速度的增加整體變化趨勢(shì)也較為一致;在重載貨車進(jìn)行調(diào)車沖擊過程中，要嚴(yán)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(dòng)力學(xué)

8、修正模型、列車空氣制動(dòng)特性多參數(shù)數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算方法并結(jié)合列車縱向動(dòng)力學(xué)理論，分別對(duì)考慮有無電制動(dòng)力、不同坡道的線路條件、Locotrol延時(shí)與否等情況下的重載列車的縱向沖動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了計(jì)算，并與大秦線1+2+1編組的2萬t重載組合列車的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，根據(jù)車鉤計(jì)算模型和車輛動(dòng)力學(xué)理論，采用聯(lián)合模型法和混合模型法建立列車動(dòng)力學(xué)模型，研究了列車縱向沖動(dòng)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明，列車縱向動(dòng)力學(xué)模型成功的模擬了長(zhǎng)大編組重載列車在緊