关于重载铁路货车缓冲器技术的研究

通过对国内外重载货车缓冲器的发展趋势和存在问题的分析,结合大秦线重载列车运输试验结果的研究,对我国重载货车缓冲器的主要性能参数的选取、试验及评定方法提出了建议。     

重载列车缓冲器特性研究综述

介绍和总结了国内外货车缓冲器的发展概况,概述了钢弹簧摩擦缓冲器、摩擦橡胶式缓冲器、黏性阻尼缓冲器以及摩擦胶泥缓冲器的工作原理,分析研究了其阻抗特性。就缓冲器动力学计算模型的建立、缓冲器特性间断点的处理及其列车动力学模型的建立3个方面提出了今后研究的重点和难点,为缓冲器的选型设计以及纵向动力学的研究提供了一定的理论支撑。     

重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究

根据大秦线开行2万t重载组合列车对机车缓冲器可靠运用的要求,应用列车纵向动力学软件建立2万t重载组合列车多质点模型和缓冲器数值模型;按照列车紧急制动、常用制动和长大下坡道区段循环制动3种工况,分析比较机车分别装用DFC—E100缓冲器、MT—2缓冲器和QKX100型弹性胶泥缓冲器以及在列车紧急制动工况条件下改变DFC—E100型缓冲器最大阻抗力、行程和初压力等关键技术参数对2万t重载组合列车纵向动力学性能的影响。结果表明:机车装用不同型号缓冲器时的列车最大纵向力均在2 200 kN以内,中部机车的最大纵向力未超过1 700 kN;适宜于2万t重载组合列车的机车缓冲器的额定阻抗力、行程和初压力分别为2.25 MN,110 mm以下和150 kN左右。     

国际重载列车缓冲器的应用现状与发展趋势

缓冲器是用于缓和列车运行及调车作业时车辆之间的冲撞，吸收动能，减小车辆相互冲击时所产生的动力作用的重要货车部件之一，发展重载运输必须研制性能良好、质量可靠的缓冲器。文章在分析目前国际重载列车缓冲器的应用现状和发展趋势的基础上，重点介绍Mark 50缓冲器、复式缓冲系统和前苏联Щ-1-TM型缓冲器，并对弹性胶泥缓冲器及其性能优化进行探讨。     

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。     

2万t重载组合列车大容量胶泥缓冲器改进方案的研究

大秦线开行的2万t重载组合列车中,SS4改型机车9KX－100型大容量胶泥缓冲器在运用初期陆续发生多起裂损和泄露故障．通过对胶泥缓冲器胶泥芯子裂损、泄露的检测和分析,并进行线路试验,查找出胶泥缓冲器故障原因,制定了改进方案,保证了2万t列车的安全运行。     

重载货车摩擦缓冲器阻抗特性的数值模拟

为预测摩擦缓冲器的实际工作状态,从几何特征和作用原理的角度,建立详细的MT-2型缓冲器理论模型。首先,通过对缓冲器内部各摩擦元件的运动学和静力学分析,推导出缓冲器在准静态下的阻抗特性;其次,引入附加摩擦系数量化各摩擦元件之间动静态摩擦过渡时的黏滞补偿,并模拟出缓冲器在动态下的阻抗特性;最后,利用C80型货车冲击试验数据对该缓冲器的理论模型进行验证。验证结果表明:总体上,数值模拟和现场试验下的缓冲器示功曲线基本吻合,说明模型的正确性;局部上数值模拟中缓冲器从加载Ⅰ阶段过渡至加载Ⅱ阶段的突变现象在冲击试验中表现的并不明显,还有待进一步完善。     

重载列车及其试验研究（续六）：我国重载列车的试验研究（上）

介绍了我国重载列车试验研究的方法及大秦线单元列车试验，繁忙干线５０００ｔ级重载列车试验和重载列车提速试验，脱轨试验，并提出了我国发展得载列车的建议。     

2万t重载组合列车大容量胶泥缓冲器改进方案研究

大秦线开行的2万t重载组合列车中,SS4改型机车QKX-100型大容量胶泥缓冲器在运用初期陆续发生多起裂损和泄漏故障。通过对胶泥缓冲器胶泥芯子裂损、泄露的检测和分析,并进行线路试验,查找出胶泥缓冲器故障原因,制定了改进方案,保证了2万t列车的安全运行。     

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。     

长大列车空气管系充气特性数值仿真研究

应用现代流体动力学数值计算方法,以长大货物列车空气制动管系的充气特性作为研究对象,研究列车编组辆数、管系组成、管系泄漏等因素对列车管充气压力的影响和沿列车管长度方向的充气压力分布情况。建立了考虑列车管泄漏的连续性方程,给出一种求解压力速度耦合方程的显式有限差分算法。将计算结果和国内外长大列车充气特性的有关试验数据进行对比分析。研究工作为长大列车制动作用的试验研究提供理论参考,并为研制完整的货物列车空气制动系统奠定了基础。     

重载列车基于动力学的建模与仿真过程研究

实现重载列车运行的技术基础之一是同步控制,实现同步控制的主要理论是基础的动力学建模和牵引仿真计算。主要介绍基于重载的长大列车纵向动力学建模过程和牵引仿真计算过程,给出了最新研究结果,其总体趋势与实际试验是一致的。     

重载列车自动驾驶纵向动力学仿真技术研究

为了保障列车自动驾驶的平稳性,需要充分考虑列车多质点的纵向冲击力问题。文章研究了重载列车纵向动力学相关内容,主要包含对重载列车多质点模型、空气制动模型和车钩缓冲器模型的建模和仿真技术,并在此基础上开发了面向列车自动驾驶的纵向动力学仿真软件。与实际运行的线路数据对比试验结果表明,所开发的重载列车纵向动力学软件能够较准确地模拟列车实际运行工况,对重载列车自动驾驶平稳操纵具有重要的指导价值。     

大秦线3万t列车仿真计算与试验验证

为实现中国铁路重载运输技术再创新,同时为大秦线进一步增加运量进行技术储备,中国铁路总公司决定在大秦线组织进行3万t组合列车试验,对大秦线(含北同蒲线)在既有设备条件下首次采用Locotrol同步操纵系统开行3万t重载组合列车的牵引方式、安全性、运行品质、可行性等方面进行探索性试验研究。试验并开行3万t列车是一项庞大的系统工程,涉及机车车辆、通信信号、工务工程、牵引供电、运输组织等多方面内容,中国铁路总公司按照循序渐进、积极稳妥的推进原则,首先进行了不同编组方案3万t列车的仿真计算,并结合以往2万t列车试验和开行的成功经验,优选出了3万t列车试验编组,然后对优选的编组依次进行了静置试验和线路运行试验,最终于2014年4月2日成功进行了3万t列车运行试验[1]。     

大秦线重载列车运行仿真计算研究

针对大秦线的实际情况,通过建立重载列车运行仿真计算模型,研究大秦线不同编组重载列车的牵引、制动等技术参数,为大秦线组织重载列车试验、制订合理的操纵方法和保证列车安全、可靠、正点、高效、节能运行提供技术依据.仿真计算表明采用LOCOTROL技术,运用合理的操纵方法,按照SS4型机车(1 2 1)和(4X5000t)编组方式以及HXD1机车(1 1 0)编组方式牵引2万t组合列车,均能够满足大秦线运行时分以及长大下坡道对循环制动再充风时间的安全性要求.采用HXD1型机车(1 1 0)编组方式牵引2万t列车的最大纵向力比SS4型机车(1 2 1)编组方式的稍大,紧急制动最大纵向力一般在2000 kN以下,常用全制动最大纵向力为1000 kN左右,均有一定的安全裕量.仿真计算结果与实际试验结果相吻合,为大秦线成功开行2万t级重载组合列车提供了技术支持.     

列车空气管系及副风缸充气特性数值仿真研究

利用有限体积法和改进的算子分裂法 ,以货物列车空气制动系统的充气特性作为对象 ,研究列车副风缸在列车充气作用时压力变化情况。建立长大列车空气管系的二维计算模型 ,对车辆制动系统的三通阀进行了合理的简化和等效计算后 ,研制了可完整求解货物列车空气制动系统充气特性的数值仿真程序。进行了 1万t和 2万t重载列车空气制动系统充气特性的数值仿真研究。将计算结果与有关试验数据进行了对比分析。本研究工作是进行货物列车空气制动系统研究的重要组成部分 ,可以为长大列车空气制动系统的试验研究和性能改进提供理论参考。     

基于多质点模型的重载列车动力学仿真与分析

将整列车看成一个多质点系统,对每节车体进行受力分析,推导出整列车的运动方程,建立多质点动力学模型。基于多质点模型进行牵引、制动、惰行、上坡等多种工况下的列车运行仿真,记录其车钩力分布情况,并对不同编组、不同制动方法下的仿真结果进行了相应的比较,可为列车编组及列车控制提供决策支持。