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。     

考虑钩缓装置作用的机车动力学分析模型研究

重载组合列车纵向冲动对机车动力学性能有很大影响,在研究重载组合列车的安全性问题,建立机车动力学分析模型时需单独建立钩缓装置的子结构模型,并将其与传统的机车动力学模型相结合进行分析。机车动力学整体模型分为直线受压模型和曲线受压模型两种,二者的区别在于前者可以采用换算的全局加速度表达纵向压钩力,而后者只能将名义压钩力折算成每节机车的制动力,并进一步折算到每个轮对。钩缓装置子模型的建立必须以钧肩力的杠杆结构、车钧间隙、缓冲器的特性曲线和初压力作为边界条件。应用模型计算直线运行情况下机车车钩最大自由摆角小于4°。HXD2型机车“1＋1”牵引2万t重载组合列车的安全性线路试验结果表明建立的模型是正确可靠的。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。     

HXD1型机车渡板碰撞问题研究

针对HXD1型机车在大秦线上运行时渡板碰撞问题进行研究.对于机车在曲线上的危险工况,采用叠加法分析了重联机车过小半径曲线时的状态,分析了渡板发生大的相对横向位移的原因.根据分析结果归纳出影响渡板碰撞的4点主要因素,并且采用"渡板碰撞特征曲线"来分析渡板的碰撞.最后针对这4点影响因素提出了渡板改造方案,实际运行证明,改造后渡板碰撞概率大为降低.     

客运专线变坡点对普速客车运行安全性的影响

应用多体动力学软件UM建立了20辆编组的25T型普速客车三维耦合列车系统动力学仿真模型,考虑了车钩缓冲装置及车端摩擦阻尼,通过线路试验数据对仿真模型进行验证。应用铁科院自主研制的列车纵向动力学仿真软件建立25T型普速客车的纵向动力学仿真模型。通过列车纵向动力学仿真模型和三维耦合列车系统动力学仿真模型的联合求解计算,分析列车通过客运专线相邻坡段坡度差较大的变坡点时车钩力、车辆动力学响应的变化。研究结果表明:凸形变坡的纵向拉钩力大,凹形变坡的纵向压钩力大。对于凹形变坡线路,下坡制动产生较大的纵向压钩力对车辆动力学响应影响较大。对于坡度差30‰的凹形变坡线路,列车以160 km/h通过变坡点时的动力学性能指标明显增大,乘坐舒适性较差;当运行速度减小到120 km/h时,车辆的脱轨系数、轮重减载率、车体横向振动加速度和垂向振动加速度均减小约25%。     

列车空气制动与纵向动力学集成仿真

长大列车纵向冲动一直是重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是列车纵向冲动的根源,制动特性试验方法已不能够满足仿真各种列车编组的纵向冲动分析的需求,特别是多机车不同步动作、列车中有可控列尾装置等使得试验基础上的制动特性更具有局限性,因此获得适用性更广的制动特性成为纵向动力学研究的首要问题。本研究开发了列车空气制动与纵向动力学联合同步仿真系统,该系统基于消息机制,能够在运行过程中改变列车驾驶指令。介绍列车制动系统和纵向动力学同步仿真基本原理,气体流动理论,列车管压强、缸内压强计算方法,机车牵引、动力制动,缓冲器特性、摩擦系数、纵向冲动等计算方法。仿真计算典型长大列车制动特性和纵向冲动特性并与试验结果进行比较,与试验结果吻合较好。该仿真系统适合于模拟各种编组列车在各种线路运行过程中制动力与车钩力等重要参数,为制动系统和列车纵向冲动等研究提供方法和手段。     

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。     

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。     

设有挡肩的尾端圆弧接触重载车钩稳钩能力研究

以尾端圆弧接触重载车钩结构为基础,提出一种改进车钩,在车钩尾端两侧添加挡肩止挡,以提高圆弧尾端接触车钩的稳钩能力。分析改进车钩的运动及受力特性,并建立车钩连接的三节重联机车多体动力学模型,模型中考虑到车钩挡肩止挡的回复作用,研究车钩的稳钩能力及其与机车悬挂参数匹配规律。结果表明:设置挡肩止挡并保证较小止挡间隙,以及增加机车二系横向刚度可以明显提高较大压缩载荷作用下尾端圆弧车钩的受压稳定性。止挡间隙值较大时,由于车钩失稳引起的冲击作用,即使止挡接触,也不能保证较大纵向压缩力作用下的车钩稳定性。挡肩止挡间隙为5 mm、机车二系横向刚度为100kN/m时,车钩满足最大纵向载荷为2 500kN计算工况稳定性的要求;当止挡间隙为7mm时,机车二系簧横向刚度需提高一倍才满足该纵向载荷作用下车钩稳定要求。     

大秦线HX_D1型机车车体错位的产生原因及对策分析

从机车构造角度分析机车产生车体横摆的主要影响因素;通过对车钩缓冲装置等各零部件相关尺寸及其装配关系分析,阐明了在列车纵向冲动力作用下,基于13B型内电车钩摆角瞬间超限的形成机理,从而找到车体严重错位、渡板变形的根本原因;提出了限制车钩摆角的整改措施,并探讨了通过改变钩尾、从板的弧面结构设计,以实现基于13B型内电车钩自动对中功能的改进建议。     

大秦线重载列车中部HX_D1型机车过渡结构安全技术研究

针对大秦线2.1万吨重载列车中部HXD1型机车过渡结构(简称渡板)变形问题,根据机车在不同运行状态、不同线路纵断面情况下发生渡板变形时的受力分析,从渡板结构、列车编组长度、机车组合方式、乘务员操纵的规范性等方面,分析机车渡板发生变形的原因。同时评判渡板变形本身对机车运行安全风险的影响,提出改进和优化措施,减少渡板变形的发生。     

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。     

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。     

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.     

采用弹性与刚性架承式驱动装置的机车横向性能比较

从改善我国架承式驱动装置的机车横向动力学性能的目的出发,采用多体动力学软件SIMPACK建立某机车的动力学模型,比较了不同线路等级、运行速度和一系横向刚度下,刚性架承式和弹性架承式机车横向平稳性能,发现采用弹性架承式可以显著降低横向轮轨力,改善机车的横向性能和电机工作条件,减小机车对线路和参数变化的敏感性;同时还比较了不同一系纵向刚度下,刚性架承式和弹性架承式驱动装置的机车稳定性,说明采用弹性架承式驱动装置可以提高机车的稳定性。     

中间轴驱动装置固定对弹性悬挂式机车动力学性能的影响

为防止弹性悬挂式机车中间轴驱动装置横向位移过大,发生碰撞,提出了端轴驱动装置弹性悬挂、中间轴驱动装置固定连接的方式。利用多体动力学软件SIMPACK建立整车动力学模型,对比分析驱动装置悬挂方式对机车动力学性能的影响,认为采用这种悬挂方式是合理可行的。     

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。     

架悬机车驱动装置悬挂参数及结构的研究

采用多体动力学软件SIMPACK建立完整的动力学模型,分析架悬式机车驱动装置悬挂的纵向、横向刚度对其振动加速度和机车平稳性能的影响,发现在10 kN.m-1数量级选择纵、横向刚度,可以显著改善机车的横向性能和电动机工作条件,有效降低横向轮轨力,还可以提高机车的稳定性。认为采用摆杆悬挂是实现弹性架悬的重要结构方式。提出了等效刚度的概念,分析表明在相同的等效刚度下,传统架悬模型和弹性架悬模型的计算结果是吻合的。     

列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型建模与研究

为研究列车碰撞响应机理,基于多体动力学方法,建立包括轨道子系统、轮轨关系子系统、车钩缓冲器-防爬器子系统以及车辆子系统的列车纵向-垂向平面碰撞动力学模型。轨道子系统中将钢轨假设为离散点支撑的Timoshenko梁;轮轨关系子系统考虑了大蠕滑情况下轮轨切向力的计算;钩缓-防爬器子系统中考虑了车钩和防爬器转动以及动态因素对吸能特性的影响;车辆子系统中考虑了车端点头运动和吸能变形模式以及悬挂系统的非线性特性影响。采用显示数值积分方法,编制了该耦合系统的动力学仿真程序,并进行时域求解。将数值求解结果与有限元仿真和试验结果进行比较,验证了列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型的正确性。论文研究成果为进一步研究车辆主要结构参数对碰撞性能的影响规律、改善列车碰撞动力学行为以及新型耐撞性车辆设计提供了理论依据和仿真手段。     

轴箱拉杆定位刚度对2C_0架悬机车横向动力学性能的影响

轴箱拉杆定位刚度与机车动力学性能密切相关,同时对机车的临界运行速度也有很大的影响。文章采用多体动力学软件SIMPACK建立了一种完整的2C0架悬机车模型,通过在直线上的仿真计算,分析了轴箱拉杆横向定位刚度对机车横向动力学性能的影响,得出合理的轴箱拉杆横向定位刚度的设置可以大幅度改善2C0架悬机车的各项横向动力学性能的结论。