制动条件下连挂救援动车组车钩垂向偏转行为

为了研究连挂救援动车组在制动条件下产生的冲击,建立了不同编组形式下的动车组动力学模型。考虑实际的车钩运动关系和缓冲器迟滞特性,建立了钩缓装置的动力学模型。制定了连挂救援动车组的运行安全阈值,分析了紧急制动时动车和钩缓系统的动力学响应,研究了直线工况下车钩的动态偏转行为与动车编组形式、制动减速度和车钩自由转角等参数对动车组运行安全性的影响。计算结果表明:A类动车组连挂救援B类动车组,直线上制动时连挂断面的压钩力和车钩点头角分别达到799.4kN和11.5°,钩尾框托梁垂向力和车端垂向相对位移分别达到136.2kN和126.2mm,明显超过允许限值,即80kN和95mm,车钩力垂向分量会造成车体点头和轮重减载现象,从而导致局部结构破坏和车间运动干涉。当制动档位降到7级或车钩自由点头角低至4°时,钩尾框前箱托梁垂向力低于限值,而车端垂向相对位移超过限值;当制动档位降到6级或车钩自由点头角低至2°时,可保证车端垂向相对位移低于允许值。     

地铁列车车钩系统能量配置特性研究与优化

为研究地铁列车在碰撞过程中的能量分配特性,以某6辆编组的地铁列车为平台,依据车钩缓冲装置和防爬器的吸能特性,进行列车纵向动力学仿真计算,结果显示:在列车碰撞的过程中,各个界面的吸能情况并不均衡.对此,对比了车钩系统在不同配置条件下的吸能特性,寻找列车碰撞过程中各界面的吸能规律,并进行一定的参数优化,使列车在满足车辆连挂和低速碰撞的要求条件下,可最大化地利用各界面的吸能容量,其配置结果对列车碰撞能量管理和车体结构强度的设计都有一定的指导价值.     

重载货车冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响

基于摩擦缓冲器动力学理论、车钩双向接触方法与车体摇枕载荷传递模型, 构建了车辆冲击三维动力学模型, 仿真了不同冲击速度与不同空重车状态的货车冲击, 分析了车辆冲击动态特性及其对摇枕横向载荷的影响, 并通过试验对仿真结果进行了验证。分析结果表明: 利用车辆冲击三维动力学模型顺利实现了车辆冲击时缓冲器动态特性、车钩连挂动态特性与摇枕横向载荷的仿真计算, 并获得了与冲击试验较为吻合的结果, 其中车钩力误差基本小于10%, 摇枕横向载荷误差基本小于25%;空车质量较小, 在冲击作用下车钩和从板姿态变化大, 因此, 重车冲击空车时车钩力动态曲线振荡特性较重车冲击重车更为明显, 甚至局部出现尖峰; 相对于车钩接触模型与力学传递特性, 摩擦缓冲器模型存在黏滞特性, 导致重车冲击重车和重车冲击空车下车钩接触力较缓冲器阻抗力分别小24%和31%;车钩力和摇枕横向载荷随着冲击速度的提高而逐渐增大, 且时间变化历程与最大峰值出现的时间基本一致, 相同速度下重车冲击重车的车钩力要大于重车冲击空车的车钩力, 在3、5、8km·h-1速度下分别大57%、25%和37%, 而产生的摇枕横向载荷刚好相反, 3种速度下分别小42%、53%和47%, 因此, 重车与空车调车连挂过程更容易造成转向架摇枕横向载荷过大, 应严格控制其连挂速度。      

车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述

从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面，梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果，总结了4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题；从列车碰撞动力学的角度，阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用，及其在车辆系统整体设计中的地位；基于欧盟、美国、日本与中国列车耐撞性和强度标准，介绍了车钩缓冲装置的子部件组成；从车钩缓冲装置理论模型在列车碰撞动力学模型和有限元模型的应用剖析其演化过程；基于当前国内外车钩缓冲装置的研究现状，指出未来轨道列车车钩缓冲装置的研究趋势和发展目标。研究结果表明:车钩缓冲装置是列车多级吸能系统中重要组成部分之一，需针对不同车钩缓冲装置类型建立不同的力学模型，准确反映缓冲器的非线性迟滞特性和压溃管的压溃吸能特性，以及车钩的运动关系；在国内外现行标准中，仅规定了车钩缓冲装置的静强度指标，且仅有货车车辆缓冲器的详细界定，缺乏中高速轨道车辆的车钩缓冲装置在动态场景下的载荷指标、能量上限等标准规范；胶泥、气液缓冲器具有比摩擦式缓冲器更好的碰撞力学性能，但其复杂的非线性特性描述依赖于准确的数学模型和试验，目前尚未对车钩缓冲装置数学模型的横向、垂向动态特性进行详细研究；应结合试验，加强研究车辆运行和碰撞过程中车钩缓冲装置的触发和失效稳定性，及其对列车纵向撞击响应的影响；中低速下较大的车钩缓冲装置刚度会导致非正常的垂向和横向响应，不同速度等级下车钩缓冲装置的力学特性和初始姿态对车辆碰撞机理的影响较大。      

快速救援锁闭套钩装置的研制与应用

锁闭套钩装置是一种救援专用工具,它可以解决脱轨机车、车辆的车钩不能直接与救援机车车钩连挂的问题,操作简便,安全快捷。文中介绍了锁闭套钩装置研制过程、结构和使用方法。     

长大重载列车中部机车跳钩机理与防控对策

基于多体动力学理论,构建了2万吨重载列车中部机车-货车三维动力学模型,分析了连挂车钩初始高差、车钩钩头摩擦因数等关键因素对中部机车跳钩的影响规律,探究了空制缓解与牵引工况下中部机车-货车连挂车钩分离的形成机理,并提出相应的防控对策。研究结果表明:中部机车-货车连挂车钩在压钩状态下能够保持稳定,但在钩缓系统由压缩状态转变为拉伸状态的过程中,机车电制力、牵引力将使连挂车钩产生垂向相对跳动;进入拉钩状态后,较大的初始高差和较差的钩头摩擦因数使得连挂车钩自锁力不足,导致车钩间垂向相对位移迅速增大;若机车垂向转角限值过大,车钩间垂向相对位移将进一步增大至300 mm以上,最终导致车钩分离现象的发生;当钩头摩擦因数和机车车钩垂向转角限值分别为0.08、8°时,空制缓解工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、电制力施加比例分别为40 mm、40%,牵引工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、牵引力施加比例分别为30 mm、50%;空制缓解工况下,当初始高差为50 mm、电制力施加比例为70%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.09、6°;牵引工况下,当初始高差为50 mm、牵引力施加比例为100%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.10、7°。可见,为有效抑制跳钩事故的发生,须严格限制连挂车钩间的初始高差,适当减小机车电制动力/牵引力,增大车钩钩头的摩擦因数,以及限制机车车钩的垂向最大转动角度。      

制动充气时间对快捷列车纵向冲动影响研究

利用空气制动和纵向动力学联合仿真程序,采用了KZ1空气制动系统和胶泥缓冲装置,建立了P160D快捷货车组成的快捷列车模型,计算紧急制动下不同制动缸充气时间对不同装载状态快捷列车纵向冲动的影响.结果表明,紧急制动距离随着制动缸充气时间延长而增大;满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车中最大车钩力、最大加速度随着制动缸充气时间延长而减小;不同制动缸充气时间下,满载、空载快捷列车和空重混编快捷列车的纵向车钩力小,车辆瞬时加速度大,快捷货运列车运行中需对加速度进行控制.     

列车碰撞仿真中钩缓装置模拟方法

为了研究列车碰撞过程中的钩缓装置行为,提出了一种基于LS-DYNA离散梁单元模拟钩缓特性的仿真方法.以某6节编组的城市地铁列车36 km/h对撞工况为例,对钩缓装置的加载、卸载以及在极限载荷下的失效脱落等现象进行模拟,并计算钩缓装置对列车碰撞工况能量吸收的贡献程度.结果表明:该方法能够模拟碰撞时列车钩缓装置的力学特性以及车钩的失效和脱落现象,并且能得到连挂列车各位置钩缓装置的输出特性、能量吸收等指标;两列车对撞后,钩缓装置在碰撞过程中吸收能量占总能量的27%.      

城轨列车虚拟碰撞研究

以城市轨道车辆为研究对象,建立一列出口沙特城轨车的适用于高度非线性碰撞的有限元模型,结合碰撞的实际工况,对十二节编组列车满载时以20 km/h撞刚性墙进行碰撞仿真,分析整列车在碰撞时的车体头部以及两车连挂处产生塑性变形的程度,车与车之间的吸能情况,从而寻找车间的撞击力、撞击作用时间、以及各车的速度、加速度等一系列参数的...     

面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行仿真研究

城市轨道交通是解决城市交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式,其高峰期客流激增且客流时空分布不均,而面向虚拟连挂的城轨列车动态灵活编组和群组追踪运行能有效满足复杂多变的城轨运营需求。本文剖析面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行过程,给出虚拟连挂列车群组最小安全追踪距离计算公式;以单列标准车长的线路路段为一个元胞单元,设计速度及位移更新规则,构建基于元胞自动机的城轨列车群组追踪运行仿真模型;以某市地铁2号线为背景,多角度仿真刻画面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行性能。仿真结果表明：面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行模型能有效缩短列车最小安全追踪间隔时间,城轨线路通过能力较移动闭塞制式提高78.4%;头车延迟引起的后续列车晚点总数量及总晚点时间更小,呈现出更佳的抗干扰性与恢复性能,且宜采用小编组列车实现虚拟连挂;动态混合编组的城轨列车群组追踪运行性能最佳,单一小编组的次之,大编组列车群宜在小编组列车群前面运行;城轨列车群组旅行速度总体上与平均站间距呈正相关;当列车发车间隔大于延迟时间时,平均站间距对列车群组的延迟影响不敏感,相反,则影响较为显著。研究结论能够为面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行决...     

空车编组数量对货物列车安全性影响研究

在既有线货物列车提速和重载的背景下,为了研究空车编组数量对货物列车运行安全性的影响,根据车辆系统动力学理论、列车纵向动力学理论、车辆-轨道耦合动力学理论,采用数值方法建立了空重车混编列车-轨道耦合系统动力学模型,分析了制动工况下不同数量空车编组在货物列车头、尾部时,货物列车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标变化情况。结果表明:当列车头部(机车后部)和尾部各编组5,10,20辆空车时,制动工况下,空车及重车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率均满足GB/T 5599-2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》标准要求,且有一定安全裕量;列车中空车的轮轴横向力和轮轨横向力均小于重车,空车的脱轨系数和轮重减载率大于重车;当列车头、尾部各编组5辆空车时,空车及重车的轮轴横向力均最小,而其他两种编情况下横向轮轴力相差不大;对于脱轨系数和轮重减载率,除尾部编组5辆空车的情况外,编组在头部的空车的脱轨系数和轮重减载率均大于尾部空车,在列车头部和尾部各编组10,20辆空车时两列车整体轮重减载率差异较小。     

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．     

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线,以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件,建立了具有93个自由度的单节高速车模型,同时考虑轨道不平顺的影响,仿真计算了车体横向加速度时变率,对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明,在未考虑轨道不平顺时,列车以变化的速度运行,半波正弦更具优势,在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线,以提高旅客乘坐舒适度：轨道不平顺对高速行车的安全性和平稳性影响很大,应严格控制轨道平顺性。     

高速铁路路基结构空间时变系统耦合动力分析

考虑高速线路的实际工况,建立了包括轨道结构和车辆的路基结构空间时变动力系统分析模型.将线路结构及车辆离散为不同的单元,采用能量原理导出了系统动力方程,进一步建立了系统动力矩阵.作为模型的验证,对连续谐波不平顺条件下系统动力响应进行了分析,得出了车辆走行过程中的车体加速度、动轮载以及基床动应力、基床动变形等动态响应结果.计算结果表明,本文中的计算模型是合理的.     

地铁及国铁荷载共同作用下地基土动力响应分析

结合南京地铁二号线东延线盾构隧道下穿宁芜铁路工程,研究地铁及铁路荷载共同作用下地基土动力响应．利用车辆-轨道耦合模型,计算轮轨垂向力．利用有限单元法分析地铁线路中心线下地基土和国铁路基面弹性变形、加速度随时间的变化规律,以及地基土中动应力分布规律．分析结果表明,在同样的加载条件下,地铁左线和右线地基土弹性变形及加速度随时间变化规律相似,动应力响应较大的区域主要分布在铁路基床表层、拱腰附近和轨枕下方土层．     

我国铁路列车荷载谱和桥梁结构效应谱的研究

本文在调查研究的基础上,将我国铁路运营机车和车辆分别模拟成4种理论机车模型和7种理论车辆类型,并根据我国铁路的运营状况和对部分铁路编组站列车编组资料的统计分析,将我国铁路运营列车归纳成4大类（混合货运列车、运煤列车、液罐列车和旅客列车）和4个编组级别（轻载、中载、重载、重载组合）共15种典型列车,并借助Monte Carlo随机模拟方法建立了这15种典型列车的理论模型,阐明了以典型列车建立列车荷载谱和桥梁结构产应谱的具体方法。本文推算出的应力脉谱与现场实测值的比较表明,上述方法既简便可行又灵活实用,可供修订桥梁疲劳设计规范参考。     

基于多车型CNN-GRU性能预测模型的轨道状态评价

不同车型高速综合检测列车的动力学传递特性不同，使得其对同一线路的车体加速度评价结果存在一定差异.为解决上述问题，本文基于多列动检车的检测数据，将卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）与门控循环单元（gated recurrent unit,GRU)相结合，建立了多车型车辆动力学响应预测模型，通过输入多项实测轨道不平顺和车速预测各车型的车体垂向和横向加速度，并将多车型车体加速度预测值的最大包络作为轨道状态评价依据.结果表明：将高低、轨向不平顺等8项轨道不平顺和车速共同作为输入参数的模型预测性能最优，车体垂向和横向加速度预测的评估指标分别提升了5%～13%和25%～36%;CNN-GRU模型所预测的车体加速度在时域和频域均与实测结果吻合较好，相关系数最大达到0.902；且相比于BP (back propagation)神经网络，各项车体垂向和横向加速度预测的评估指标分别提升了36%～109%和11%～167%；针对某轨道几何状态不良区段应用效果，预测6种车型中有4种车型达到车体垂向加速度Ⅰ级或Ⅱ级超限，有1种车型达到车体横向加速度Ⅰ级超限，提高了轨...     

空重车混编对列车稳定性的影响

为了考察空重车混编列车的稳定性,建立了混编列车动力学模型,利用循环变量法解决了列车的"自由度爆炸"难题,利用模块化建模法解决了列车混合编组的建模难题,而且充分考虑了列车纵向、横向和垂向性能之间的耦合关系.利用新型的列车动力学模型,分析了空重罐车各种不同的编组形式对列车稳定性的影响.发现空罐车编组在列车尾部和头部时的稳定性较差,而编组在列车中部时的稳定性较好,因此在空重罐车混和编组时,为了提高列车稳定性,尽量把空罐车编组在列车的中部.     

重载轨道曲线几何参数对轮轨耦合动力特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据中国最近研制的27 t轴重侧架交叉支撑转向架及C_80E型通用敞车的实际结构和重载铁路曲线轨道结构特点及其技术规范要求,建立了曲线轨道的重载铁路货车-轨道耦合动力学模型;基于新型快速数值积分方法、Hertz非线性弹性接触理论和Shen-Hedrick-Elkins非线性轮轨蠕滑理论,应用计算机仿真计算了不同工况下重载货车曲线通过时的轮轨耦合动力特性,分析了曲线半径、缓和曲线长度和外轨超高等曲线几何参数对重载货车轮轨动力作用的影响。分析结果表明:曲线半径在400~800 m范围内变化时对轮轨动力影响极为明显,而当曲线半径大于800 m后其影响逐渐弱化,重载铁路曲线半径一般不应小于800 m;增加缓和曲线长度能在一定程度上降低重载货车轮轨动力作用,但其作用效果存在长度拐点,拐点前效果明显,拐点后影响甚微,且曲线半径和运行速度都会影响拐点的具体位置,建议根据拐点位置来确定不同曲线半径线路的最小缓和曲线长度;过大的欠超高或过超高均会加剧重载货车曲线通过时的轮轨动力作用,但在欠超高为-20~0 mm时重载货车的综合轮轨动力响应相对较小,即保持货车以适当的欠超高(-20~0 mm)通过曲线有利于降低轮轨动力和磨耗,这与中国铁路工程运输实际设置的欠超高取值范围一致。      

高速铁路路基不均匀沉降的动力学识别

高速铁路路基不均匀沉降直接影响列车的动力特性.本文建立了车辆轨道路基空间耦合动力学模型,对沉降区车体振动、轮轨力、钢轨加速度和轨道板加速度等动力特性进行了分析.在车辆动力响应和轨道动力响应中,车体垂向振动加速度受路基不均匀沉降影响最为明显,且最有规律可循.将车体垂向振动加速度作为输入量,基于RBF神经网络对路基不均匀沉降的弦长和幅值进行识别,通过网络逼近性能和输出结果的训练不断优化神经网络模型,最后可得预测效果误差小于2％,可用于路基不均匀沉降的识别.