重载货车纵向动力学及曲线通过性能研究

摘要

21世纪以来，我国国民经济飞速发展，全国各地的物资交流与运输也越来越频繁，伴随而来的便是货物运输量的急剧增加，这就对铁路货运提出了更高的要求，同时也产生了我国现今铁路运输能力的不足与我国飞速发展的国民经济之间的矛盾。因此，开展铁路重载运输成为了现今铁路货运发展的必然道路。
　　 重载列车的开行是提高我国铁路货运能力的一个重要手段。重载列车较之一般的货运列车牵引质量大大增加，同时列车的编组长度也大大增加，从而提高了货运效率。然而，在开展铁路重载运输的过程中也随之出现了许多问题，列车牵引重量的增加直接导致的就是车辆间纵向作用力和纵向冲动的增大，由此可能引发车钩断裂等行车事故。另外一方面，列车曲线通过工况通常是列车各运行工况中危险系数较高的工况，重载列车运行过程中产生的较大纵向冲动势必会加剧列车曲线通过的性能，并可能导致列车脱轨等恶性事故的发生。因此，必须对重载列车的纵向动力学和其曲线通过的安全性问题进行较详细的研究，保证重载列车的运行安全性和稳定性。
　　 本文正是基于以上原因来开展对重载列车的纵向动力学和曲线通过性能的研究。具体来讲，本论文主要做了以下几个方面研究:
　　 1.根据列车纵向动力学理论建立纵向动力学仿真计算模型。采用数值积分的方法对列车的动力学方程进行求解，列车所受到的各类纵向力子系统模型构成整个动力学方程的求解回路。
　　 2.对列车在不同载重和运行工况下的车钩力进行仿真计算。结果表明，较小的车钩间隙有利于减小列车运行过程中出现的最大车钩力;且对于组合列车来说，主从控机车之间制动信号传递的延迟越小，越能改善列车制动时的纵向动力学性能，列车在低速运行的状态下实施紧急制动时会产生很大的压钩力。
　　 3.建立多自由度的部分货车编组模型。对钩缓装置在Simpack中完成建模，建立C80货车车辆模型，并将车辆通过钩缓装置连挂。
　　 4.对建立的货车编组进行动态曲线通过仿真，改变曲线的半径和缓和曲线的长度并研究分析以上因素对编组的曲线通过动力学性能产生的影响。结果表明，在一定范围内加大缓和曲线段的长度对于改善车辆通过曲线时的动力学性能是有效的，车辆编组在通过曲线时空车工况下的脱轨系数和轮重减载率要远大于重车工况下的对应指标;编组在重车工况下的轮轨横向力要大于空车工况下的轮轨横向力，且在数值上前者大致为后者的两倍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的选题背景

1．2 国内外铁路重载运输发展概况

1．3 重载列车纵向动力学和曲线通过性能研究现状

1．3．1 重载列车纵向动力学研究现状

1．3．2 重载货车钩缓装置研究现状

1．3．3 列车曲线通过安全性研究现状

1．4 本文主要工作

第2章 列车纵向动力学理论

2．1 列车运行时纵向受力特点

2．2 列车纵向动力学模型

2．2．1 机车牵引力

2．2．2 列车制动力

2．2．3 列车运行阻力

2．2．4 车钩力的计算

2．2．5 纵向动力学求解方法

2．3 本章小结

第3章 重载列车纵向力计算模型设计

3．1 在SIMULINK模块中建立动力学模型一般方法

3．2 仿真模型中非线性环节的处理

3．2．1 缓冲器的非线性处理

3．2．2 牵引力的非线性输入

3．2．3 制动缸压力的非线性处理

3．3 重载列车纵向动力学仿真程序

3．3．1 车钩缓冲装置子系统

3．3．2 牵引力、基本阻力子系统

3．3．3 制动力子系统

3．3．4 坡道阻力子系统

3．3．5 数据处理部分

3．3．6 仿真程序的简单验证

本章小结

第4章 重载列车纵向动力学性能研究

4．1 车钩缓冲装置的间隙效应

4．2 起动牵引工况

4．3 采用Locotrol技术的组合列车的紧急制动工况

4．3．1 组合列车的Locotrol控制技术

4．3．2 紧急制动工况计算

4．4 本章小结

第5章 车辆曲线通过仿真计算模型

5．1 车辆动力学性能标准

5．1．1 车辆的防脱轨稳定性

5．1．2 车辆的防止倾覆稳定性

5．1．3 轮轨横向力

5．1．4 轮轴横向力标准

5．2 货车车辆动力学模型

5．2．1 货车建模中的非线性因素

5．2．2 货车技术参数和建模

5．2．3 货车模型的非线性运动稳定性分析

5．3 车钩缓冲装置模型

5．3．1 缓冲器数学模型

5．3．2 车钩装置建模

5．3．3 编组所受外力建模

5．3．4 车辆编组动力学模型

5．4 本章小结

第6章 重载货车纵向冲动对曲线通过安全性的影响

6．1 影响车辆动态曲线通过的因素

6．2 列车纵向冲动对轮轨横向力的影响

6．3 车辆编组在紧急制动工况下曲线通过安全性

6．3．1 编组在不同曲线半径下制动时的动力学性能

6．3．2 编组在不同缓和曲线长度下制动时的动力学性能

6．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表及录用的论文