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。     

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.     

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。     

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。     

重载货运内燃机车钩缓系统研究

根据线路运行试验和仿真计算的结果,分析钩缓系统对重载列车纵向力和横向力的影响,提出120km.h-1速度级重载货运内燃机车钩缓系统的基本要求,并提出相应的钩缓系统方案。通过仿真分析,研究该方案的车钩强度、缓冲器容量与机车联挂速度的关系;并通过受力分析,系统研究钩缓系统对中控制功能的原理。综合分析表明:所提出的钩缓系统方案能够满足120 km.h-1速度等级重载货运内燃机车车钩强度及连接可靠性、列车运行稳定性的要求。     

重载机车扁销钩缓装置的受压稳定性

建立钩尾圆弧摩擦面与从板圆弧摩擦面的曲面—曲面接触摩擦数学模型,并结合改进的具有非线性迟滞特性的缓冲器数学模型和扁销止挡数学模型,采用SIMPACK软件建立重载机车扁销钩缓装置的动力学分析模型并验证其准确性,研究钩尾与从板间的摩擦系数及它们相互接触的圆弧摩擦面半径对钩缓装置受压稳定性的影响。结果表明:摩擦系数对钩缓装置的受压稳定性影响较大,随着摩擦系数的增大,钩尾的摩擦约束作用逐渐增强,钩缓装置的受压稳定性也随之增强,车钩转角呈阶梯形减小,建议摩擦系数的合理控制范围为0.25~0.45;钩尾的圆弧摩擦面半径越大、从板圆的圆弧摩擦面半径越小,则钩缓装置的受压稳定性越好。     

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。     

大秦线重载列车中机车安全性的探索

介绍了大秦线重载组合列车运营模式及纵向冲动特点,提出了重载机车安全性参数及钩缓装置设计原则,阐述了车钩对中控制和车钩摆角的实现或选取方法.     

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。     

关于机车车辆车钩缓冲装置的选型分析

回顾了我国机车车辆用钩缓装置的发展,重点对目前技术引进中的机车用钩缓装置进行了归纳和分类,并从总体可靠性、耐久性、缓冲器特性、对车体保护能力等方面对3类钩缓装置的结构形式和性能参数进行了分析研究.根据国外重栽机车钩缓装置的运用情况,并结合我国重载列车的实际运用条件,对我国重载机车钩缓装置的选型提出了建议.     

重载电力机车钩缓系统建模研究

针对不同类型重载电力机车钩缓系统建模方法进行研究,提供了非线性迟滞特性缓冲器及两种典型重载电力机车钩缓系统的建模方法,建立了由4节机车及1节简化货车组成的列车模型。以DFC-E100及13A/QKX-100钩缓系统为例,通过列车仿真验证了建模方法的合理性与准确性。研究结果表明,文中所建立的钩缓系统模型能够较好地反映重载电力机车钩缓系统实际运行状态,仿真结果重现了两种钩缓系统在线路试验中表现出的稳定性差异现象。     

基于带钩尾框的钩缓装置机车车体耐碰撞研究

文章分析了EN 15227标准有关机车防撞性方面的主要内容,提出了具有四级吸能结构的耐碰撞机车车体方案;并对该方案机车车体进行了静强度仿真分析及碰撞仿真分析,结果表明其满足车体设计强度要求和EN 15227碰撞场景要求,为采用该类钩缓装置的机车满足EN 15227要求提供了一种可行的方法。     

重载机车曲线通过时车钩偏转行为研究

对机车车钩的钩头轮廓曲线进行数据离散,采用多体动力学软件SIMPACK反演得到钩头的轮廓曲面,建立1对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,与钩肩、止档及钩尾摩擦副模型,融合非线性缓冲器模型建立13A/QKX-100和DFC-E100型2种典型重载机车钩缓装置模型.仿真分析重载机车通过曲线时车钩的偏转行为,并与静态计算结果对比.结果表明:由传统的车钩转角静态计算方法只能计算理想状态下的车钩钩体中心线相对于车体中心线的转角(钩体转角);受钩头间的相对转角(钩头转角)及轨道曲率变化、不平顺等线路状况的影响,实际的钩体转角比静态计算结果大;机车曲线通过时钩缓装置的主要运动是钩体相对车体的转动,当钩体转角处于自由转角范围内时钩头转角较小,一般不超0.16°;当钩体转角达到自由转角且有继续增大的趋势时钩头间会产生明显的相对转动进行补偿,以使机车顺利通过曲线.     

2万t重载货运电力机车钩缓系统应用探讨

通过大秦线牵引重载列车的货运电力机车钩缓系统近年来应用情况调研分析和计算比较,参考美国等国家重载货运机车用钩缓应用情况,探讨我国重载货运电力机车钩缓系统的基本特性参数及其选型范围,指出我国重载货运电力机车钩缓系统未来发展的趋势和方向。     

HXD2机车车钩大容量缓冲器存在的问题及解决措施

针对目前大秦线高速重载HXD2型机车法维莱(FAIVELEY)缓冲器在牵引两万吨列车过程中出现的自动对中作用不良、推杆帽脱落、高分子垫破损、钩耳销以及钩尾销外窜的问题,分析了其形成原因,并提出了整改措施.     

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。     

120km·h-1速度等级重载货运机车车钩装置载荷谱研究

通过测试得到120 km.h-1重载货运机车牵引2万t组合列车时,中部从控机车车钩装置的动应力和纵向车钩力数据,对这些数据采用雨流计数法进行统计分析,获得了机车车钩装置的载荷谱(应力谱)。对车钩装置的载荷谱分布特征进行分析,确认车钩装置的载荷谱分布特征符合威布尔分布,由此获得车钩装置载荷谱的威布尔分布函数。试验和研究获得的机车车钩装置载荷谱及其分布函数可用于大功率机车车钩装置的结构可靠性设计及相关部件的可靠性评定。     

重载机车车体的设计原则与结构特点

从列车重载牵引对机车的特殊要求出发,提出了重载机车车体的设计原则;以HXD2B型电力机车车体的结构设计为例,详细阐明了重载机车车体的结构特点;基于有限元分析环境,分析了重载车体的强度、刚度以及车内设备安装紧固件强度,通过试验表明:这些设计原则和分析方法满足重载机车车体的设计要求。     

重载机车车钩静态最大稳钩能力分析

研究关键参数对重载机车车钩稳定性的影响规律,以快速估算车钩的承载稳定性。分析重载机车车钩的结构及稳钩原理,根据车钩受力分析以及失稳条件,利用力平衡方法计算静态重载机车车钩满足稳定条件的最大承载能力。结果表明:重载机车车钩通过不等半径圆弧接触实现接触点的横移,从而实现减小车钩实际传力线的转角,以减小车钩横向力。重载机车车钩需要尽可能大的机车二系横向悬挂刚度与之匹配,并且保证圆弧接触面较大的摩擦系数。     

重载组合列车纵向力劣化分析与运行安全研究

我国的大秦铁路重载组合列车采用Locotrol同步控制系统,可使列车头部主控机车与中部从控机车间保持同步操纵。但是在列车缓解过程中,由于全列只有2个机车作为风源对列车管充风,列车前后部制动同步性差,纵向冲动明显,特别是位于列车中部断面的机车将不可避免地受到大纵向力作用的冲击,严重影响重载列车的运行安全。为探究大秦线中部从控机车循环制动中的纵向力演变规律,进行列车在等效坡度、制动初速、缓解初速、制动-缓解初速差和电制力等各种制动调速过程中不同工况下的一系列试验,对大秦线2万t重载组合列车的中部机车纵向力进行了全面系统的分析。针对重载列车运行安全性问题,提出了2种改善途径,一是提高钩缓装置的受压稳定性,二是通过优化操纵降低列车纵向冲动。此外,根据重载组合列车纵向动力学仿真模型的计算结果,对大秦线2万t重载组合列车在关键区段的实际运行操纵方式进行了仿真模拟。仿真结果表明：在长大坡道循环制动缓解过程中,降低电制力可在一定程度上降低重载组合列车中部机车的压钩力。通过利用坡度变化和改变电制力的优化操纵可以降低重载组合列车纵向冲动。进一步验证了试验分析的结论,为列车操纵优化提供了理论依据。