重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

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。      

重载列车车钩力对列车偏载安全性影响

为了分析偏载列车在小半径曲线运行的安全性问题,基于重载列车纵向动力学模型和短编组三维重载车辆轨道耦合动力学模型,对偏载车辆的安全性指标进行了分析. 首先利用纵向动力学模型分析了重载列车纵向冲动时的车钩力特征和变化规律,其次将计算得到的车钩力作为边界条件输入到三维短编组重载车辆轨道耦合动力学模型,研究了小半径曲线运行时车钩力和车辆偏载量对列车安全性指标的影响. 研究结果表明:单编万吨列车的最大车钩压力随着车位的增大而减小;货车向外侧偏载时,钩压力对偏载货车安全性影响较大,钩拉力影响较小. 当钩压力增大到800 kN和车辆偏载量增大到500 mm时,轮重减载率将会增大到1.00,因此,制动工况更容易出现偏载脱轨事故;相同偏载量下,曲线外侧偏载下的轮重减载率比内侧偏载情形的大;当钩压力由0增大至800 kN时,由轮重减载率确定的横向偏载量安全限值由?421 mm降低至?215 mm,设定重载列车偏载的安全限值的时候应考虑纵向冲动的影响或制动加速度量的控制.      

纵向压力作用下重载机车与轨道的动态相互作用

为了研究重载机车的轮轨动态安全性,考虑车钩纵向力对重载机车与轨道结构系统动力学性能的影响,根据实测车钩力和线路不平顺,对重载机车在直线轨道和曲线轨道上制动时的轮轨动态相互作用性能进行了仿真计算．研究结果表明,在纵向车钩力为1500kN,车钩自由角为3°的工况下,重载机车以80km／h的速度在直线轨道上和以60km／h的速度在曲线轨道上制动时,所有轮轨安全性能指标满足行车要求．     

重载机车钩缓装置稳定性机理探讨

本文深入探讨了重载机车钩缓装置的稳定性机理,并对钩缓装置对重载机车的安全性能的影响进行了分析。结果表明：重载机车钩缓装置的稳定性直接影响着机车的安全性,列车纵向载荷通过钩缓装置作用于机车,应该避免对机车的横向动力学性能的干扰。     

车钩间隙对重载列车纵向冲击动力学的影响

基于列车纵向动力学理论,分析了车钩间隙大小、大间隙车钩数量和车钩间隙分布模式对重载列车纵向冲动的影响。计算结果表明:制动过程中,车钩间隙越小,列车最大车钩力越小,当初速度为60 km/h时,列车车钩间隙为0.01m与0.018m的最大车钩力相差52.14kN;列车最大车钩力随着大间隙车钩数量的增加而显著增大,大间隙车钩数量为10的最大车钩力为799.14kN,大间隙车钩数量为100的最大车钩力为938.18kN,后者比前者增加了17.4%;在凸型分布、上升分布、均匀分布、下降分布和凹型分布5种车钩间隙分布模式中,车钩间隙按凸型分布时列车最大车钩力最小。在允许范围内,采用小间隙车钩和按凸型分布编排不同间隙车钩有益于降低列车纵向冲动。     

基于纵向压力的2B_0重载机车动力学特性

为了解决2B0重载机车牵引试验中出现的3次扩轨掉道事故,分析了纵向压力作用下机车车钩倾斜与稳定原理,推导了车钩自由角的计算原理.根据车钩的试验数据,建立了车钩动力学模型.计算结果表明:大纵向冲动下车钩严重偏转是导致事故发生的主要原因;为了保证车辆安全运行,大摆角车钩必须具有对中复位功能;车钩自动复位能力、钩缓装置的特性对于机车车辆轮对侧磨有显著影响.     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验，识别了0.001~2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应，建立了对应的Johnson-Cook本构模型；构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型，完成了刚性墙冲击车体过程仿真，研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响；分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化，通过应力变化临界点确定了车体的承载极限，并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s-1应变率范围内，6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10-3和8.5×10-3，应变率效应不明显；纵向动态冲击载荷下，应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显，惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因；纵向冲击载荷从车钩位置传递时，一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷；冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界；可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域，以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。      

货运机车车钩缓冲装置动力学仿真模型(英文)

分析了不同钩缓装置的工作原理,采用控制系统仿真方法建立了考虑实时性对中钩肩与钩尾摩擦副作用的钩缓装置结构模型,采用函数查表法建立了具有迟滞特性的非线性缓冲器模型,采用由2台8轴机车及1辆简化货车组成的列车模型对DFC-E100与13A/QKX-100钩缓装置进行了仿真研究,同时对车体稳钩能力进行了理论计算。计算结果表明:钩缓装置模型能够较好地反映机车钩缓装置的实际运行状态,DFC-E100钩缓装置车钩在纵向力超过一定值后才会发生明显偏转,钩肩结构能够有效地防止车钩的过度偏转;机车配备DFC-E100钩缓系统时车体稳钩能力的仿真结果及理论计算结果与实测结果的误差分别为4.23%和10.65%。13A/QKX-100系统车钩钩尾摩擦副是影响其承压行为的关键因素,其能使车钩在承受纵向压力时不发生明显偏转。     

滑差频率对磁浮车辆运行性能的影响

采用二维电磁场理论对直线电机气隙磁场的纵向分量和垂向分量进行求解, 得到了电机牵引力和法向力的解析表达式, 利用直线电机试验台对解析计算方法进行检验, 对比6~18 Hz恒滑差频率下牵引力和法向力随速度的变化; 建立了三悬浮架单节磁浮车辆动力学模型, 仿真对比了车体和悬浮架分别在1、3、5、8 kN冲击力下的振动响应; 计算了单节中低速磁浮车辆牵引特性, 分析了不同滑差频率对车辆牵引性能的影响; 综合考虑电机法向力对悬浮系统的影响和车辆的牵引需求, 提出了变滑差频率控制策略。研究结果表明: 电机牵引特性一般包括恒力区和恒功区, 恒力区初级电流最大值为390 A, 恒功区电压最大值为212 V, 恒力区牵引力变化较小, 恒功区牵引力衰减较快; 滑差频率越小, 电机起动牵引力和法向力越大, 恒力区越短, 反之亦然; 法向冲击力小于8 kN时车辆平稳性指标等级均达到优秀, 但为了减小悬浮系统的负担, 电机法向力应越小越好; 较低的滑差频率使车辆低速段牵引性能更强, 但采用较高的滑差频率有利于提高全速度范围的牵引性能; 在变滑差频率控制策略中起动滑差频率的选择综合考虑车辆的牵引性能和悬浮能力, 速度达到恒功转折点后滑差频率逐渐增大, 该策略使电机恒力区牵引力适中, 恒功区牵引力始终为电机所能发挥的最大值。      

岩溶区桥梁桩基承载力试验与合理嵌岩深度

为研究岩溶区桥梁桩基的承载特性, 依托平顶山市西斜立交桥实体工程, 进行了桩基静载试验, 通过在桩端和桩顶布设应变传感器和位移计, 测得了桩身内力, 分析了岩溶区桥梁桩顶荷载(Q)-沉降(s)规律; 考虑现有桩基设计的局限性, 结合静载试验结果, 采用不同函数模型预测了单桩竖向极限承载力; 基于岩-桩体系宽梁力学模型和溶洞顶板拉-弯破坏模式, 探讨了桩基嵌岩深度的计算方法, 提出了一种适于岩溶区桥梁桩基嵌岩深度的优化方法。研究结果表明: 各级荷载作用下桩基Q-s曲线呈缓变型发展, 当桩顶荷载较小时, 曲线基本呈线性, 当桩顶荷载大于6 000 kN时, 曲线逐渐变为非线性, 虽然桩已嵌入灰岩较深, 但仍表现为典型的摩擦桩承载性状, 当加载到8 400 kN时, 桩顶沉降为3.69 mm, 远小于0.03D (D为桩径) 或40mm的破坏标准, 桩端阻力为122.9 kN, 仅占桩顶荷载的1.6%, 桩的承载力尚有富余; 在静载试验全过程中, 桩的受力状态处于Kulhawy理论的第1阶段, 桩侧阻力和桩端阻力同步发挥; 双曲线模型拟合精度在0.99以上且预测值偏安全, 建议在同类工程中优先考虑采用; 在同时满足溶洞顶板安全厚度和桩基承载力与稳定性要求的前提下, 采用提出的计算方法可使桩的嵌岩深度减小2.4 m。      

基于装配体的13号车钩有限元分析

13号车钩在运用过程中经常出现钩体裂纹、钩尾框裂纹和钩舌折断等故障,严重影响列车的正常运行.利用I-DEAS软件对车钩的装配体进行有限元分析,车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递.给出了车钩在拉伸工况下的应力状态,应力较大部位与运用中故障多发部位相吻合,为车钩结构设计、改进和检修提供参考依据.     

基于装配体的13号车钩有限元分析

13号车钩在运用过程中经常出现钩体裂纹、钩尾框裂纹和钩舌折断等故障,严重影响列车的正常运行.利用Ⅰ-DEAS软件对车钩的装配体进行有限元分析,车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递.给出了车钩在拉伸工况下的应力状态,应力较大部位与运用中故障多发部位相吻合,为车钩结构设计、改进和检修提供参考依据.     

承重型3D板墙体抗震性能数值模拟

为研究承重型3D板墙体的抗震性能,同时考虑单纯采用拟静力等抗震性能试验存在试验周期较长、成本较高等问题,采用有限元分析方法对承重型3D板墙体的抗震性能进行模拟计算,并将计算结果与试验结果进行对比,在验证数值模型准确合理的基础上,进一步分析高宽比、混凝土层厚度及强度对其抗震性能的影响,以此节约试验时间和成本. 研究结果表明:随着高宽比的增大,构件趋于弯曲破坏,有利于增加构件的延性及耗能能力. 增加混凝土层厚度对墙体极限承载力具有一定的提高作用,当单侧混凝土层厚度由30 mm增加至40、50 mm时,墙体极限承载能力由208 kN增加至253、279 kN;墙体的极限承载能力随着混凝土层强度的提高略有提升,当混凝土层强度由C25增加至C30、C35时,构件的极限承载力由236 kN增加至253、260 kN.      

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。      

长大列车通过弹性曲线轨道仿真求解方法研究

为解决长大列车与连续长弹性轨道的同步仿真问题,以列车通过曲线轨道为例,采用重载列车-轨道耦合动力学模型,分析了压钩力作用下轨道结构与30 t轴重列车的动态特性,提出了长大重载列车与轨道动态相互作用仿真时模型的简化求解方法.该方法将庞大的列车/轨道耦合振动系统以有限数目的三维车辆模型代替,并考虑其轨下基础结构弹性,从而极大缩减系统运动自由度.研究结果表明:列车可简化为单质点车辆模型和三维车辆模型混合的短编组列车,当模型中只包含一个三维车辆模型,且其前、后车辆均以单质点模拟时,计算结果偏低;列车承受2 200 kN压钩力并通过400 m半径曲线线路时,货车最大轮轨横向力和垂向力较多节三维货车编组模型的计算结果分别低估了24%和4%,钢轨横向、垂向位移则被低估了20%和8%;端部车辆采用单质点模型、中部采用三维车辆模型的车辆数至少为3时,才能较为准确地反映中间目标车辆处轮轨作用力和其下部轨道结构的动态特性.