SS_(3B)型电力机车长大下坡道稳钩能力分析

针对机车制动时的脱轨现象,研究纵向压钩力作用下13号车钩的稳钩原理。以4台SS3B型机车建立多机重联牵引3 000 t货物列车的动力学模型,机车车辆间的连接采用13号车钩,对其在30‰坡度长大下坡道上的稳钩能力进行分析。研究表明:采用止挡限位方式提供稳钩力矩的13号车钩,在其水平摆动到止挡位置后,其连接形成刚性的接触,当车钩受压时易导致机车的轮轴横向力和脱轨系数峰值瞬间增大,但持续作用的轮轴横向力和脱轨系数均在安全限制以内。结果表明,采用13号车钩的SS3B型电力机车在30‰坡道上能承受的最大纵向压钩力在1 100 kN左右。结论指出,列车制动时产生的纵向压钩力会导致机车车轮发生偏磨现象。     

2万t重载组合列车的从控机车运行安全性仿真研究

用自主研制的纵向动力学仿真软件及多体动力学仿真软件SIMPACK,建立大秦线1+1编组的2万t重载组合列车从控机车纵横向耦合动力学模型,并以实测线路不平顺为输入,验证模型的准确性.应用该模型,分析常用全制动和紧急制动工况下LOCOTROL延迟时间为2.0和2.5s时从控机车的横向运行安全性.结果表明:在常用全制动和紧急制动工况下,从控机车的轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率等指标随时间的变化规律基本相同,车钩力对机车A节各项安全指标的影响较B节明显;同一工况下,LOCOTROL延迟时间越长,从控机车的轮轨横向力和脱轨系数越大;紧急制动工况下从控机车的轮轨横向力、脱轨系数均比常用全制动工况大;为确定合理的车钩自由角,需要综合考虑机车的横向运行安全性和相邻机车车体之间的振动耦合作用.     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律。结果表明:正常情况下,4万~12万t超长重载组合列车编组长度对平直道常用全制动和紧急制动时列车最大纵向压钩力影响较小,均未超过2250 kN的安全限值;超长重载列车在平直道紧急制动时,同步控制延迟时间超过5 s时列车最大纵向压钩力达到1200 kN,但仍未超过安全限值;长大下坡道中坡度差对超长重载列车最大纵向压钩力影响较大,在60 km·h-1速度进行常用全制动且纵向力不超安全限值2250 kN的条件下,4万t超长重载列车允许的长大下坡道最大坡度差为13‰,10万t仅为5‰;超长列车采用新型无间隙车钩和ECP制动技术对减少变坡区段常用全制动时的列车最大纵向压钩力不明显。     

3万吨重载列车作用下小半径曲线段轨道结构横向稳定性分析

建立了朔黄铁路3万吨C80重载列车纵向动力学模型、机车和车辆动力学模型及轨道结构有限元模型，分析了重载列车通过小半径曲线段时最大车钩力分布、车辆运行安全性以及轨道结构横向稳定性。结果表明：3万吨重载列车最大压钩力一般大于拉钩力，压钩力最大值主要出现于第二个万吨编组的前部和第三个万吨编组的中部；3万吨重载列车作用下压钩力、拉钩力、轮轴横向力、轨排横向位移的最大值分别为1 205.00、1 062.10、83.88 kN和1.22 mm，均小于安全限值，满足列车运行安全和轨道结构横向稳定性要求；通信故障情况下脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轨排横向位移均大于正常通信情况下，且其最大值均出现于半径400 m曲线段。     

基于纵向动力学的大轴重机车在朔黄铁路适应性探究

随着重载铁路的发展,纵向动力学问题显得越来越突出。总结了研究机车线路适应性的方法,分析了列车纵向动力学原理。利用已开发的纵向动力学软件TDEAS模拟仿真30t轴重某型电力机车在朔黄线上进行货物运输,具体编组为:2台30t轴重某型电力机车,‘1+1’编组在朔黄线上牵引2万t。计算机车牵引能力、列车纵向冲动以及列车能耗,从效率性、安全性和经济性方面研究大轴重机车对线路的适应性。结果表明:30t轴重机车牵引能力满足朔黄铁路运用要求;运行过程中,车钩力最大值均出现在中部机车车钩,最大拉钩力和最大压钩力分别为1 300,1 650kN,在安全范围之内;在长大下坡采用循环制动,机车电制动回收能量超过机车牵引耗能,节能效果明显。     

102型车钩与重载机车二系悬挂参数匹配研究

机车二系悬挂参数对重载车钩受压稳定性影响显著，为了探究102型车钩与重载机车二系悬挂参数的合理匹配，文章利用SIMPACK软件建立了详细的102车钩与HXD1型八轴重载机车组成的双机重联动力学模型，分析了不同计算工况下车钩力学特性与重载机车的安全性能；对比了不同车钩自由角及纵向力作用下，二系悬挂参数对机车安全性的影响。结果表明：当纵向压力较小时车钩转角稳定在自由角，机车轮轴横向力随车钩自由角及机车二系悬挂横向刚度增大而增大，与车钩纵向力无关。当纵向车钩压力增大到车钩需克服复原块预压缩载荷发生偏转时，车钩转角进一步增大，此时适当增加机车二系横向刚度有利于车钩稳定且影响较小。为保障制动工况下列车的运行安全，建议控制车钩自由角在6°以内，转向架单侧二系横向刚度范围在0.45～0.60 kN/mm；二系横向止挡间隙选择35 mm自由间隙及5 mm弹性间隙。     

27t及以下轴重混编列车纵向车钩力试验研究

为研究掌握既有线开行27t及以下轴重混编列车的技术性能,中国铁路总公司在山西中南部铁路通道组织了"既有线开行27t及以下轴重混编列车综合试验"。通过分析试验列车在紧急制动、常用全制动以及长大下坡道调速制动工况下的纵向车钩力及其变化规律,研究混编列车的车钩力特性,为既有线开行27t轴重混编列车提供技术支持。分析认为:在各种装载和编组条件下,试验中混编列车最大拉钩力913kN,最大压钩力1194kN,超过1 000kN的车钩力只出现过一次。由于参试的27t轴重货车制动率明显小于既有通用货车,使得混编列车紧急制动时可能出现较大的拉钩力。     

重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性的影响

针对摩擦式车钩受压偏转行为,分析了重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩偏转角的关系,通过建立由2台8轴重载机车、1台虚拟货车与4组缓冲器具有迟滞特性的摩擦式钩缓系统组成的列车动力学模型,研究了制动条件下机车二系横向止挡纵向间距对车钩稳定性能与列车运行安全性能的影响规律。计算结果表明:二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性能及列车运行安全性有重要影响。在500 kN压钩力作用下,当二系横向止挡纵向间距为10 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别为10°和60 mm,列车安全性指标超出安全限值;当二系横向止挡纵向间距增加至14 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别减少了70%和67%,列车安全性指标远低于安全限值。在机车设计中,应该适当地增加二系横向止挡纵向间距提高制动条件下列车安全运行性能。     

组合列车装用13A/QKX100钩缓的中间机车承压能力分析

为研究重载组合列车中的中间机车承压能力,在分析13A/QKX100钩缓系统工作原理的基础上,建立了具有非线性迟滞特性的弹性胶泥缓冲器及具有钩尾摩擦弧面的车钩仿真模型。采用由1台HXD1八轴机车及2节C80货车组成的列车模型,分析了不同特性钩缓系统的承压动态表现,并研究了配备不同特性钩缓系统时中间机车的承压能力。研究结果表明:对于没有摩擦稳钩作用的车钩,中间机车轮轴横向力最大值随纵向压钩力及车钩自由角的增大而增大,但当车钩自由角较小时轮轴横向力相对纵向力的增大不明显;当车钩自由角小于6°时或钩缓系统具有摩擦稳钩作用时中间机车的承压能力大于2 500 kN。     

2万吨重载组合列车纵向冲动影响研究

为了研究我国2万吨重载组合列车纵向冲动问题,以装用C80系列运煤专用敞车的组合列车为例,采用Matlab/Simulink模块建立了2万吨重载组合列车动力学模型,考虑列车编组方式、从控机车响应时间、车辆结构、钩缓装置、运行条件等因素,重点分析了1+2+1组合列车紧急制动工况下各因素对纵向冲动的影响。研究表明:列车编组方式对各车位车钩力的大小和分布影响很大,提高从控机车响应时间、装用牵引杆装置或摩擦胶泥缓冲器有利于改善车钩受力,列车以低制动初速度在陡下坡道时进行紧急制动的车钩力最大。     

重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究

根据大秦线开行2万t重载组合列车对机车缓冲器可靠运用的要求,应用列车纵向动力学软件建立2万t重载组合列车多质点模型和缓冲器数值模型;按照列车紧急制动、常用制动和长大下坡道区段循环制动3种工况,分析比较机车分别装用DFC—E100缓冲器、MT—2缓冲器和QKX100型弹性胶泥缓冲器以及在列车紧急制动工况条件下改变DFC—E100型缓冲器最大阻抗力、行程和初压力等关键技术参数对2万t重载组合列车纵向动力学性能的影响。结果表明:机车装用不同型号缓冲器时的列车最大纵向力均在2 200 kN以内,中部机车的最大纵向力未超过1 700 kN;适宜于2万t重载组合列车的机车缓冲器的额定阻抗力、行程和初压力分别为2.25 MN,110 mm以下和150 kN左右。     

承受纵向压力时HXD2型重载机车动力学问题研究

针对HXD2型重载机车牵引试验中安全性指标超限的问题,对DFC-E100型钩缓装置及其原型车钩受纵向制动压力下的作用原理进行了分析,根据DFC-E100型钩缓装置的试验数据建立了车钩动力学模型,并将其应用到两台HXD2机车牵引重载列车的分析模型中,对承受纵向压力时重载机车的动力学问题进行研究.结果表明大摆角车钩必须具有对中复位功能;纵向压钩力和对中复位功能对机车轮缘磨耗有显著影响.     

制动工况下旅客列车纵向动力学分析

以单节和谐型机车加挂19节25G型旅客列车为计算模型，运用多体系统动力学分析软件Universal Mechanism，对采用“大劈叉”制动方式时，制动初速、列车管减压量对旅客列车纵向动力学指标的影响进行研究，并对比分析常用与紧急制动工况下的动力学特性差异。研究结果表明，制动初速越低、列车管减压量越大，车钩力及纵向加速度越大、冲动越大；在100 kPa和170 kPa两种列车管减压量下，列车纵向动力学特性差异不大；相对于常用制动，紧急制动时全列车产生很大的压钩力，车辆间的拉钩力作用较小。在西康铁路青岔—营镇下行区段11.9‰下坡道分相处，19节编组列车断电通过时有明显冲动，且冲动发生在机后15位车。     

长大货物列车智能型电控空气制动动力学性能分析

针对货物列车智能电控空气制动系统，首先进行一维纵向动力学分析计算，然后取出列车中纵向力量大的车辆，并结合前后两辆车形成三车三维动力学模型，输入轮轨参数、制动力矩，利用ADAMS/Rail模块建立了动力学仿真系统并进行了动力学仿真分析，并和我国重载货物列车最常用120型空气制动系统进行了比较。通过一维纵向动力学分析，指出电控空气制动货物列车在制动距离、车钩力等参数上较120型空气制动机货物列车优良。电控空气制动车钩力和纵向加速度的变化均较小，且最大车钩力车位在整个制动过程中基本为压钩力，且制动力分布均匀，减少了列车纵向力，有利于重载货物车辆的运输安全和延长车辆的使用寿命。三维仿真分析表明，电控空气制动在脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体点头加速度等有关安全性的动力学性能指标上都远远优于传统的120型空气制动机。因此，无论从一维和三维动力学，列车智能电控空气制系统对货物列车制动性能及运行安全性都具有极大的改善。列车电控空气制动对于货物列车的制动具有极大的经济效益，是未来我国长大重载货物列车抽旧动系统的发展方向。     

主控机车和从控机车通信信号延迟对2万t组合列车纵向冲动的影响

针对2万t组合列车存在的主控机车和从控机车通信信号延迟问题,基于多体动力学理论,建立了考虑通信延迟的列车纵向动力学仿真分析模型,仿真分析了列车在12‰长大下坡道循环制动过程中通信延迟对纵向冲动的影响规律和不同机车电制动力下通信延迟对纵向冲动的影响。结果表明:列车纵向拉钩力和压钩力均随着通信延迟的增大而增大,而且最大压钩力位置随通信延迟增大向车尾方向移动;通信延迟对负向加速度影响较为明显,即对于中部机车,其负向加速度随通信延迟的增大而增大;对于前部和后部货车,随通信延时增大其局部位置车辆负向加速度波动较大;在列车制动过程中通信延迟对纵向冲动的作用受机车电制动力影响较小,而在缓解过程中,机车电制动力越小,通信延迟对列车纵向冲动作用越显著。     

考虑制动条件的高速列车—轨道—桥梁系统动力响应分析

以CRH2型动车组制动通过铺设无缝线路的10跨简支梁桥为例,运用刚体动力学建立车辆模型,以空间梁单元模拟轨道和桥梁结构,非线性弹簧模拟线路纵向阻力,根据高速列车制动的特点确定列车制动力、轮轨密贴假定求解轮轨力,通过系统间全过程迭代求解系统方程,进行高速列车制动时车辆—轨道—桥梁系统动力响应分析。结果表明,在列车停车瞬间由于制动力的突然消失,车辆、轨道和桥梁结构的纵向均会出现最大振动;桥梁中间墩墩底截面的最大弯矩约为1 800kN.m,小于按我国桥涵设计规范中列车制动附加力静力计算方法得到的最大弯矩4 000kN.m,说明按规范中的静力计算方法计算的高速列车制动力有一定的冗余度。     

纵向力作用下重载机车运行安全性试验

为研究纵向力作用下重载机车运行安全性,通过对比分析重载机车在不同线路工况、不同车钩力状态、不同车钩转角下的动力学性能,得到了纵向力作用下重载机车运行安全性与车钩力状态、线路工况以及车钩转角的对应关系。结果表明:机车运行安全性指标随着线路曲率的增大而增大;机车在曲线上运行时,在压钩力作用下的机车运行安全性指标明显增大;压钩力作用时无论在直线还是在曲线线路上,机车车钩都会出现不同程度的水平偏转,车钩角明显增大。建议在纵向力作用下重载机车通过小半径曲线时要合理控制机车再生制动力,从而避免出现机车车钩受压失稳的危险。     

重载组合列车机车智能制动仿真研究

针对目前在复杂线路上动力分布式重载组合列车机车制动的不足,提出了一种新的机车智能制动控制方法,该智能制动控制方法能按照制动时机车所处轨道状况及机车车钩力大小对机车电制动进行相应的模糊控制。在介绍重载组合列车动力分布式系统基本原理及特点的基础上,依据列车纵向动力学理论,在MATLAB/SIMULINK中建立了2万吨组合列车仿真模型。仿真结果从理论上证明了,与现有机车制动方式相比,该机车智能制动控制方法能减小组合列车最大车钩力,提高组合列车运行安全性。     

ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动影响仿真研究

3万t重载列车是目前国内重载运输行业的重点研究对象,ECP方式是降低重载列车车钩力的重要手段。文章针对3万t重载列车,采用仿真方法研究了ECP电控信号传播方式的传播特性、列车制动能力和纵向冲动水平。研究表明,在3种ECP电控信号传播方式下,列车电控装置动作时间差为2.66～3.97 s,列车中制动缸活塞伸出时间差为2.80～3.80 s, 3种方式下列车制动能力差异不大,制动过程中产生车钩力最小的ECP传播方式为主控机车发送ECP信号的同时从控机车向前后发送ECP信号,紧急制动时最大车钩力为-1 565 kN。通过探究ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动的影响,可为3万t列车电空制动方案设计提供参考。     

两万吨重载组合列车牵引和制动时的车钩力分析

利用循环变量法建立了由2台"和谐号"机车牵引的两万吨重载组合列车的3维空间耦合模型,比较了两万吨重载组合列车当机车处于2+0、1+1+0、1+0+1这3种不同编组位置时,在主辅机车同步牵引、辅机滞后牵引、主辅机车同步制动、加装可控列尾装置制动等工况下列车的车钩力。仿真计算结果表明:在以上牵引和制动工况下,机车在1+1+0编组位置时列车整体车钩力最小;在2+0编组位置时列车的车钩力和列车冲动均最大,而1+0+1编组位置下列车性能处于1+1+0和2+0编组位置之间。在安装可控列尾装置后,在制动时列车的车钩力和纵向冲动均较未安装时减小。所以在对两万吨重载组合列车进行编组时,宜采用1+1+0这种编组方式并安装可控列尾装置。