重载列车制动操纵技术的列车动力学分析

本文介绍了列车动力学的计算机模型及实验证；分析了制动、缓解过程中列车冲动的特点，在此基础上作者指出，重载列车的纵向冲动是危及列车安全运行的重要因素之一，而制动工况的变换则是导致列车冲动的主要原因。根据5000t重载列车的试验，就如何减小列车冲动问题，在列车操纵技术方面提出几点切实可行的操纵方法，对保证重载列车安全运行起重要参考作用。     

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。     

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。     

2万t重载组合列车纵向冲动的影响因素及优化研究

通过对朔黄铁路2万t重载组合列车的运行试验数据进行分析,得出引起列车纵向冲动过大的具体原因和影响因素,主要为列车在长大下坡道缓解时再生制动力较大、长大下坡道缓解地点选择不当和列车在大坡道与小坡道过渡区间运行等,提出缓解纵向冲动的方案为优化列车再生制动力和调整缓解地点等措施.优化后现场实际应用情况表明,2万t列车在朔黄线...     

车钩间隙对重载列车牵引启动纵向冲动的影响

采用列车纵向动力学仿真程序计算分析了重载列车牵引启动时不同车钩初始状态对列车纵向冲动的影响。计算结果表明,重载列车牵引启动时,减小列车纵向冲动最有利的车钩初始状态为拉钩状态;对于启动困难区段,如限制坡道上启动时,可采用压钩启动方式,以提高列车在限制坡道启动的成功率。     

缓冲器分段阻抗特性对重载列车纵向冲动的影响

重载列车过大的纵向冲动,成为制约重载列车发展的瓶颈。使用列车空气制动与纵向动力学联合仿真系统,以摩擦式缓冲器为研究对象,根据缓冲器运动机理,构建缓冲器阻抗力与压缩行程变化的非线性模型。分别研究缓冲器初压力和缓冲器不同行程区段上阻抗特性变化对重载万吨列车在运行工况下纵向冲动的影响规律。仿真结果表明:适当提高缓冲器初压力和缩短过渡段的压缩行程或增大过渡段区间首尾阻抗力差,能减小重载列车车钩力最大值,但会使加速度变大;减小缓冲器稳定区段的阻抗值,能有效减小列车车钩力和加速度,降低列车的纵向冲动。在有无牵引杆两种条件下缓冲器各区段阻抗特性变化对列车纵向冲动的影响规律基本相同。可为缓冲器的阻抗特性设计提供理论依据。     

货运列车通过变坡点时纵向性能研究

根据列车纵向动力学原理,用计算机语言编制列车纵向动力学仿真程序。用该程序对列车在通过变坡点时紧急制动和常用制动缓解工况的纵向性能进行研究。以列车在平直道上的紧急制动和常用制动缓解工况的纵向冲动计算值作为基准值,将列车在凹形线路纵断面的紧急制动纵向冲动计算结果和凸形线路纵断面的常用制动缓解纵向冲动计算结果与基准值比较,用以确定列车通过变坡点时最不利的变换工况位置。从而对列车运行的优化操纵有一定的指导作用。     

2万吨重载组合列车长大下坡道过分相操纵技术探讨

以朔黄铁路2万吨重载组合列车运行试验数据为基础,研究列车在长大下坡道电分相区段运行时纵向车钩力受力和机车车钩偏转等状态,结合列车动力学性能,分析其影响因素,并提出优化列车操纵、降低列车纵向冲动的技术对策。     

ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动影响仿真研究

3万t重载列车是目前国内重载运输行业的重点研究对象,ECP方式是降低重载列车车钩力的重要手段。文章针对3万t重载列车,采用仿真方法研究了ECP电控信号传播方式的传播特性、列车制动能力和纵向冲动水平。研究表明,在3种ECP电控信号传播方式下,列车电控装置动作时间差为2.66～3.97 s,列车中制动缸活塞伸出时间差为2.80～3.80 s, 3种方式下列车制动能力差异不大,制动过程中产生车钩力最小的ECP传播方式为主控机车发送ECP信号的同时从控机车向前后发送ECP信号,紧急制动时最大车钩力为-1 565 kN。通过探究ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动的影响,可为3万t列车电空制动方案设计提供参考。     

2万t重载组合列车联合制动时缓解后前涌的原因及对策

针对2万t重载组合列车联合制动时普遍存在的缓解后前涌现象,对联合制动时列车纵向力变化规律和机车司机操纵情况进行了综合分析,找出了缓解前涌的操纵原因,明确了减缓缓解前涌的思路。在此基础上,通过试验分析,提出了减缓2万t重载组合列车缓解前涌的操纵方法。     

重载列车纵向冲动动力学研究

<正>提高轴重和增加编组数量已成为我国重载铁路提高运能和效率的重要手段,国内外重载列车的运营、试验及研究结果均表明,货车轴重的提高和编组数量的增加会导致列车中的纵向冲动显著增大,从而带来车辆脱轨、结构破坏等安全隐患。因此,本文以国内重载列车为研究对象,研究在调车及制动等工况下重载列车纵向冲动动力学所涉及的关键技术问题。主要研究内容和结论如下。(1)根据摩擦缓冲器动力学计算理论和缓冲器     

基于改进的Newmark-β法重载列车车钩纵向力仿真研究

重载列车运行过程中过大的车钩纵向力一直是制约重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是产生列车纵向冲动的根源,导致车体挤压车钩形成车钩力。传统的经过制动特性试验采集车钩力的方法耗时耗力,为了经济地获取重载列车在不同线路上运行时车钩力的大小,将Newmark-β法应用于重载列车车钩纵向力的仿真分析中。由于列车纵向动力学方程是非常复杂的非线性方程,传统方法为了保证计算精度而采用大量迭代运算,耗时长效率低。基于增量思想改进Newmark-β法,通过引入预测解直接对非线性方程进行处理,然后对预测解进行校正,最终得到收敛的近似解。算例结果表明,改进算法在保证了计算精度的同时计算效率更高,更适用于长大编组重载列车车钩纵向力的仿真计算和分析。     

繁忙干线上重载快运列车的制动系统分析

在分析重载快运列车制动问题(紧急制动距离、粘着利用率、轴制动功率和列车的纵向冲动)的基础上，提出了在繁忙干线上5000t级重载列车提速至120km／h对制动系统的要求，指出配套使用空重车无级自动调整装置和120K型货车空气控制阀能够适应繁忙干线上开行重载快运列车的需要，并建议推广“10”制动缸配HGM-A型高摩合成闸瓦”的装车模式。     

重载列车平直道上牵引工况纵向性能研究

根据列车纵向动力学原理,利用VC编制列车纵向动力学仿真计算软件。利用仿真计算软件,对重载组合列车在平直道上牵引工况下的纵向动力学性能仿真计算和分析,以帮助确定合理的列车编组和试验方案提供理论依据。针对重载组合列车3种不同编组情况下的纵向性能,研究在平直道上牵引工况下纵向动力学性能,从而得出比较合理的编组,并且通过计算不同提手柄时间的最大车钩拉压力、最大正负加速度以及列车纵向冲动,分析不同提手柄时间对列车纵向性能的影响。     

重载列车有线电控空气制动系统的研究

重载列车在制动时,由于列车前后部制动力不一致而产生巨大的车钩力和剧烈的纵向冲动,极易造成列车断钩和脱轨事故。研究利用电力线作为通信介质,采用网络控制系统和每辆车作为一个网络节点,结合我国货车120空气制动机,实现有线电控空气制动。研究表明:由电控空气制动系统(ECP系统)控制列车制动,列车中所有车辆的制动和缓解动作几乎同步进行,全部车辆制动缸开始升、降压的时间差在0.2 s以内;在网络条件允许的范围内,装有ECP系统的车辆制动和缓解的同步性不受列车编组辆数的影响,各车辆制动缸的升压、降压曲线形状几乎相同;车辆制动缸压力的控制精度达到制动命令要求值的±20 kPa。由于ECP系统实现了对列车制动和缓解的同步控制,能够保证长大重载列车安全运行。     

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。     

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.     

列车管局部减压对重载列车纵向冲动影响仿真研究

应用重载列车空气制动与纵向动力学联合仿真系统,分析了常用制动时,一段局减孔、二段局减孔和局减阀弹簧对列车制动特性和纵向冲动的影响.常用制动时,一段局减孔面积增加90％,尾车列车管排气时间减少约7％,尾车制动缸达到平衡所用时间减少约10％,最大压钩力减小3.30％～4.84％.二段局减孔面积对列车制动特性和纵向冲动影响很小.局减阀弹簧工作弹力从35.8N增加到90.8N时,尾车列车管排气时间减少10.04％～18.24％,尾车制动缸达到平衡的时间减少19.25％～34.43％,压钩力减小3.30％～11.63％.局减阀弹簧工作弹力对重载列车车钩力影响最大,局减阀弹簧工作弹力越大,车钩力越小;一段局减孔径对车钩力影响次之,孔径越大,车钩力越小.二段局减孔径对车钩力影响很小.该研究为重载列车用新分配阀的设计和发展提供了方向.     

货物列车纵向冲动问题分析研究

总结了货物列车纵向冲动的基本因素，从货物列车制动、车钩间隙、司机操纵等方面，分析研究了对货物列车纵向冲动的影响，并提出了改善货物列车纵向冲动的措施。     

三显示单元重载列车困难区段技术方案探讨

为解决单元重载列车特殊困难区段列车纵向冲动、车钩折断、列车放飏、司机不好操纵等重大行车安全隐患,深入研究ZPW-2000A电路结构原理、挖掘电路未启用的功能,通过开发ZPW-2000A电路的L2、L3信息码,为铁路运输一体化提高运输能力提供技术保障,解决了单元重载列车特殊困难区段控车的技术难题,填补了重载铁路特殊困难区段开行单元万吨重载列车的技术空白,提升了朔黄线神池南站2万t列车编组能力。