提速列车与曲线轨道的横向相互动力作用研究

基于机车车辆—轨道耦合动力学理论,仿真计算典型的提速机车车辆通过不同曲线轨道时的轮轨动态横向相互作用性能指标,包括提速客货列车通过山区铁路小半径曲线强化轨道、160 km.h-1提速客运列车及120 km.h-1提速货运列车通过不同半径曲线轨道。根据现行动力学性能评定规范,对轮轨相互作用性能指标进行了综合评估分析。理论分析结果表明:提速后列车通过曲线轨道时轮轨横向动态相互作用加剧,动力性能指标的最大峰值均出现在圆曲线上,并且客运机车车辆的曲线通过性能接近,货车车辆的曲线通过性能要优于货运机车的性能。为了确保列车提速后的行车安全性,山区铁路的小半径曲线轨道须采取加强措施,提速客运列车以160 km.h-1和提速货运列车以120 km.h-1速度运行时的最小曲线半径分别取1 400 m和1 000 m。     

重载机车垂向振动特性分析

随着重载列车运行速度和轴重的增加,列车对轮轨激扰的敏感性增强,深入研究重载机车振动特性及频率分布规律对确保重载列车的安全运行具有重要意义。基于重载机车双机牵引万吨列车线路试验,获得重载机车轴箱、构架以及车体的垂向振动加速度,分析重载机车在实际运行中各关键部件振动加速度峰值、振动频率分布和振动传递规律。研究结果表明:轨枕间距引起的垂向振动在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;从轮轴、构架到车体的传递过程中,高频振动衰减明显。     

万吨列车缓冲器特性优化研究

以新型胶泥缓冲器为例，建立列车纵向动力学仿真模型，根据其结构与原理详细分析该类型缓冲器的力-位移、力-速度特性。通过单车模型中多次仿真与试验曲线相比较，反演出缓冲器特性曲线，将该曲线应用于万吨列车模型并进行优化，从而得出重载列车最佳缓冲器特性曲线。     

重载列车曲线通过性能研究

为了解决重载列车动力学仿真过程中遇到的自由度繁多的问题,本文利用一种在三维空间将列车系统耦合起来的建模及求解方法--基于循环变量的模块化方法对重载列车曲线通过安全性能进行研究.分析表明:位于曲线线路不同区段转折点上的车辆,其动力学性能差于其他位置的车辆,列车曲线通过性能与曲线线路位置密切相关;曲线半径及缓和曲线长度等因素对重载列车动力学性能有重要影响.     

山西中南部铁路壶关至红旗渠段长大坡道缓坡设置研究

山西中南部铁路是一条新建的万吨重载煤炭运输通道,是国内首条研究30t大轴重万吨列车运行安全的铁路,铁路线路平纵断面、车站分布等的设计,需满足万吨级列车的循环制动与纵向冲动等要求。运用列车纵向动力学仿真软件指导重载铁路的设计,通过对不同机车牵引万吨单编列车的纵向动力学仿真研究,特别是万吨列车在不同坡度坡道上的制动限速、制动距离,以及长大下坡道困难区间操纵运行的安全性和纵向冲动,研究山西中南部铁路壶关至红旗渠段长大坡道缓坡设置问题,以满足万吨重载列车在非正常情况下的运行、养护维修及救援要求。研究结论为:壶关至红旗渠间居中位置应增设缓坡1处,并配备救援设备。研究结论已应用于项目设计,在壶关至红旗渠间增设了平顺站,并设机待线,配备双机重联救援机车。     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.     

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。     

重载铁路典型波磨区段轮轨力仿真分析

钢轨波磨是重载铁路上常见的一种病害，且波磨波长范围较广，为研究列车经过不同波长的波磨区段时轮轨垂向力变化情况，利用ABAQUS软件建立有限元模型，仿真计算不同工况条件下的重载线路轮轨垂向力响应。首先，结合重载铁路轴箱加速度的分析和现场复核，归纳钢轨波磨区段主要参数特征；接着，根据归纳的波磨特征建立有限元仿真模型并利用既有实测数据验证仿真结果的正确性；然后，利用控制变量法计算轮轨动力学在不同车辆轴重、运行速度、扣件刚度和弹簧阻尼参数下的影响特性。最后，通过比较不同波长下的轮轨垂向力发现，相同工况下，重载铁路短波长波磨区段能引起轮轨垂向力更大范围的幅值波动。因此，重载铁路产生钢轨波磨初期，为避免异常的轮轨力，要及时打磨。     

102型钩缓装置重载适应性研究

在分析重载机车102型钩缓装置结构特点的基础上，明确其受拉状态下最大自由转角大于受压状态的特点；通过唐包线重载列车实车试验数据，评价102型钩缓装置在双机重联牵引运用环境下区间运行和侧向通过12号道岔工况下的重载适应性，分析车钩最大自由转角和机车二系悬挂横向刚度对重载机车安全性的影响；采用加权离散方法，建立可模拟车钩钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学子模型，基于此搭建机车位于双机重联位和中部从控位的列车动力学模型并进行验证，仿真分析102型钩缓装置在组合编组运用环境下的重载适应性。结果表明：102型钩缓装置能够适应双机重联牵引单元万吨列车的安全运用要求，在侧向通过道岔时具有较好的线路曲线方向跟随性；机车二系悬挂刚度、车钩最大受压自由转角对机车运行安全性具有明显影响；在满足现场车钩连挂需求的前提下合理控制车钩最大受压自由转角，102型钩缓装置能够适应双机组合牵引2万t列车的安全运用要求。     

一种基于改进BP神经网络的重载列车驾驶曲线算法研究

BP神经网络被用于重载列车驾驶曲线研究，利用列车实际驾驶数据进行神经网络学习，描述列车制动时的非线性特性，对列车制动运行过程建模，获得列车制动减压目标值及缓解时间进行运动方程运算，最终获得重载列车驾驶曲线。通过在朔黄线线路上由该模型仿真得到的驾驶曲线和实际列车驾驶曲线比较，结果表明该方法研究驾驶曲线是有效的。     

考虑制动性能差异的重载列车模式化操纵方法

重载列车在长大下坡道循环制动时,空气制动的性能差异较大、列车纵向冲动较大,偶发断钩事故,给机车乘务员操作造成极大困难。以LKJ2000机车运行监控装置记录的朔黄铁路数据和相关线路条件为基础,建立重载列车牵引计算模型,对不同制动性能的列车提出相应的优化操作方案。采用理论分析与现场运用需求相结合的研究方法,分析重载列车长大下坡线路操作规程,并基于重载列车空气制动线路的试验数据模型,以50 kPa减压量下的空气制动性能为基准,计算不同制动速度下的空气制动等效效率;以具体案例为对象,分析不同操作方案对列车运行速度曲线变化的影响规律,并在此基础上,以列车安全运行、避免停缓为目标,根据制动时的速度变化判断空气制动效率,对列车操作控制策略进行优化。经过大量仿真计算和数据分析,提出“北大牛—原平南”区间不同空气制动操作方案的判断条件,并制定相应的优化操作示意图,为重载列车安全高效地运行提供理论支撑。     

关于单元万吨重载列车操纵安全风险分析及对策

随着我国重载铁路线路的不断开通,单元万吨重载列车操纵安全的重要性日益凸显,为降低单元万吨重载列车操纵安全风险,保障重载列车的运行安全和效率,阐述我国重载铁路牵引动力的主要机型,通过对仿真计算、试验数据与事故调研结果的分析,研究单元万吨重载列车机车工况转换、站内及坡道起车、列车空气制动及机车通过电分相区4种典型运行工况下的操纵安全风险。结合现场单元万吨重载列车操纵经验,采取试验仿真和专家咨询等方式,提出降低单元万吨重载列车操纵安全风险的对策,避免因司机误操作而导致的列车重大安全事故。     

二系横向止挡刚度特性对高速动车组曲线通过横向舒适性的影响研究

二系横向止挡作为轨道车辆转向架二系悬挂关键零部件,对车辆动力学性能有一定影响,其刚度特性对高速列车曲线通过时的舒适性影响较大。对采用不同刚度特性参数的二系横向止挡的动车组,在线路不同曲线条件下进行试验,通过分析高速动车组平稳性、稳定性和安全性指标的变化规律,研究二系横向止挡刚度特性对高速动车组动力学性能的影响。线路试验结果表明,止挡刚度对车体的横向振动加速度影响较大,而对转向架稳定性及轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。     

基于遗传算法的重载列车驾驶策略研究

针对重载列车在长大下坡道运行时需采取循环制动来保证列车安全运行的难点问题,通过分析重载列车动力学模型和操纵要求,研究了一种基于遗传算法的列车驾驶策略。首先,基于线路数据和列车编组数据,对重载列车运行过程进行了动力学模型的建立;然后以操纵要求建立约束集,设计了以工况(制动和制动缓解)转换点为编码对象的驾驶策略生成算法;最后选取朔黄铁路一段长大下坡道实际线路数据,仿真得到最优的工况转换序列,并生成列车驾驶曲线。分析仿真驾驶曲线与指导驾驶曲线速度的均方根误差以及速度误差的期望和方差,表明该方法是可行的。     

重载组合列车纵向动力学及安全性问题研究

简要梳理我国重载组合列车纵向动力学综合试验和数值仿真研究方法；分析列车管减压量、缓解速度、线路坡度、电制力、列车编组方式、Locotrol同步作用时间等因素对列车纵向动力学的影响规律和作用机理；研究中部从控机车及其钩缓装置受压稳定性、电制侧向过岔安全性等安全问题的产生原因、作用机理和影响因素；提出重载组合列车安全技术提升策略，以提高我国重载列车运行安全性。     

惰行和制动工况下重载列车曲线通过数值模拟

为了研究重载列车在惰行和制动工况下通过曲线时的轮轨接触特性,采用数值方法建立单自由度车辆和全自由度车辆混合的列车动力学模型,对比分析了惰行和制动工况下列车曲线通过时的运行安全性、车轮磨耗分布特征、轮轨滚动阻力特性影响。结果表明:考虑车钩负载效应和闸瓦贴靠车轮作用的列车模型在曲线制动工况下的轮轨横向力和脱轨系数指标均比惰行工况时略差,但轮重减载率指标几乎相当;由于制动时闸瓦压力增大了轮对的摇头约束,导致通过曲线时导向车轮磨耗功率的动态分布区域比惰行时更靠近轮缘处;制动工况下的牵引比率随曲线曲度线性变化的范围比惰行工况时大,且随着制动强度的增大,牵引比率也逐渐增大。     

5 000吨重载列车系统动力学分析

为分析5 000 t整列式重载列车各项动力学指标是否符合安全性的要求，选择兰新铁路武嘉段线路条件较复杂的金昌至玉石区间两处电力分相附近的四处线路进行分析。运用多体动力学软件，建立，5 000 t货物列车模型，对比分析了列车纵向，横向，垂向的动力学性能，就列车速度对安全性指标的影响进行分析。分析结果表明，5 000 t整列式重载列车在兰新线重点区段以80 km/h以下的速度运行是安全的。     

不同轴重重载列车作用下轮轨垂向力试验研究

依托重载铁路30 t轴重实车综合试验,获得大量轮轨垂向力实测数据,运用数理统计分析,揭示不同轴重重载列车作用下轮轨垂向力分布特征以及变化规律,提出轮轨垂向力概率密度分布函数,以及轮轨垂向力平均值、标准差与轴重和速度的联合关系式。研究结果表明:轮轨垂向力平均值和最大值随着轴重增加线性增大,标准差随轴重增加呈负指数函数式减小;轮轨垂向力平均值随速度呈指数式增长,最大值、标准差以及变异系数均随着车速增大线性增长;不同轴重重载列车轮轨垂向力均服从正态分布;根据轮轨垂向力与轴重、速度的联合关系式可对不同轴重列车以不同速度运行时轮轨垂向力平均和标准差做出预测。研究成果对于重载铁路工程结构设计和养护维修具有指导意义。     

铁路货车轴重与轮轨动态相互作用研究

大轴重货车已被公认为铁路重载运输的发展方向之一。但是,轴重增加将加剧轮轨动态相互作用。分析轴重增加对动力学性能,特别是磨耗问题和轮轨动态相互作用的影响规律。表明小曲线半径条件下,随着轴重的提高,轮轨动态相互作用加剧;在曲线半径较小的情况下,轴重越大,导致的钢轨RCF损伤越明显;而且,轮轨接触应力随着轴重的增加而增加。充分分析轴重与轮轨动态相互作用的关系将有利于重载运输的安全性,减缓对线路的破坏作用。