重载调车机车转向架动力学分析及改进措施的研究

常规的干线机车转向架不适应小学生曲线上的调车作业,随着机车轴重的增加,这一问题将更加突出,文中介绍了山区型内燃机车及重型工矿车及重型工矿机车的转向加的技术特点主试验结果,对重载调车机车转向架进行了动力学分析计算,并对其改进措施进行了研究,理论及试验结果均表明,通过采用滚子摩擦旁承改进措施,可改善机车曲线通过性能,因此,在发展重载高车机车时,应充分借鉴ＤＦ７Ｄ及ＧＫＤ４型机车转向架的经验,通过理论分     

纵向压力作用下重载机车与轨道的动态相互作用

为了研究重载机车的轮轨动态安全性,考虑车钩纵向力对重载机车与轨道结构系统动力学性能的影响,根据实测车钩力和线路不平顺,对重载机车在直线轨道和曲线轨道上制动时的轮轨动态相互作用性能进行了仿真计算．研究结果表明,在纵向车钩力为1500kN,车钩自由角为3°的工况下,重载机车以80km／h的速度在直线轨道上和以60km／h的速度在曲线轨道上制动时,所有轮轨安全性能指标满足行车要求．     

制动特性对重载列车纵向冲动影响的比较

比较了目前两种常见的组合列车制动系统特性获取方法的差异,通过对比发现,两种方法得到的制动特性在平道常用全制动工况下,最大车钩力可产生48%的差异.列车制动特性主要表现为制动波传播特性和制动缸升压特性,其中制动缸升压特性的差异是造成两种方法计算结果较大差异的主要原因.组合列车中任一车辆的制动特性受所有机车排气的影响,制动系统仿真方法中考虑了多机车排气对列车中车辆的减压速度的影响,因此制动特性更接近于真实组合列车制动特性.而使用单编万吨列车制动试验特性插值计算组合列车制动特性方法没有考虑多机车排气影响,对列车纵向冲动分析结果会造成较大的误差.     

长大重载列车中部机车跳钩机理与防控对策

基于多体动力学理论,构建了2万吨重载列车中部机车-货车三维动力学模型,分析了连挂车钩初始高差、车钩钩头摩擦因数等关键因素对中部机车跳钩的影响规律,探究了空制缓解与牵引工况下中部机车-货车连挂车钩分离的形成机理,并提出相应的防控对策。研究结果表明：中部机车-货车连挂车钩在压钩状态下能够保持稳定,但在钩缓系统由压缩状态转变为拉伸状态的过程中,机车电制力、牵引力将使连挂车钩产生垂向相对跳动;进入拉钩状态后,较大的初始高差和较差的钩头摩擦因数使得连挂车钩自锁力不足,导致车钩间垂向相对位移迅速增大;若机车垂向转角限值过大,车钩间垂向相对位移将进一步增大至300 mm以上,最终导致车钩分离现象的发生;当钩头摩擦因数和机车车钩垂向转角限值分别为0.08、8°时,空制缓解工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、电制力施加比例分别为40 mm、40%,牵引工况下发生车钩分离所需的最小初始高差、牵引力施加比例分别为30 mm、50%;空制缓解工况下,当初始高差为50 mm、电制力施加比例为70%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.09、6°;牵引工况下,当初始高差为50 mm、牵引力施加比例为100%时,发生车钩分离所需的最小钩头摩擦因数、机车车钩垂向转角限值分别为0.10、7°。可见,为有效抑制跳钩事故的发生,须严格限制连挂车钩间的初始高差,适当减小机车电制动力/牵引力,增大车钩钩头的摩擦因数,以及限制机车车钩的垂向最大转动角度。     

重载列车纵向动力学仿真模型的有效性研究

针对重载列车纵向冲动问题,根据气体流动理论和机车动力制动特性,开发并完善了重载列车空气制动系统与纵向动力学联合同步仿真系统.对制动系统传动效率与机车电制动系统模型进行修正,细化了模型,提高了仿真系统精度.根据神华线路机车操纵控制指令,仿真列车编组为2+1时的停车与运行工况,将仿真结果与神华线路运行试验结果对比.计算结果表明:在空气制动停车与运行工况时,各车位列车管和制动缸压强试验与仿真结果基本一致;在停车与运行工况且施加机车制动电流的情况下,车钩力变化试验与仿真结果基本一致,最大车钩力试验与仿真误差在0.7%～14.2%之间,吻合程度较高.     

基于UM的重载列车纵向冲动仿真分析

本文以两万吨的重载列车为研究对象,通过UM建立两万吨重载组合列车的三维模型及列车的运行线路模型;然后在UM simulation中对重载列车进行条件约束,仿真分析得到两种不同编组的两万吨列车的纵向车钩力,与大秦线的两万吨重载列车的试验值基本相近;最后基于UM软件对两万吨重载列车在不同编组、不同长大坡道、不同制动波速的状况下分析,分析结果表明:1+2+1编组方式更适合于两万吨重载列车,且列车在下坡度运行时,下坡度越小,纵向冲动就越小;列车在上坡度运行时,上坡度越大,拉钩力越大,纵向冲动随之增大,列车上坡的坡度最大值为8%;另外,列车的制动波速越大,列车的纵向冲动就越小.     

缓冲器阻抗特性对重载列车动力学性能的影响

研究了重载列车缓冲器的特性,分析了弹性胶泥型缓冲器和摩擦胶泥型缓冲器的结构及工作原理,以HXD1型机车、13A型车钩以及2种类型缓冲器为基础,建立了4节编组机车万吨级牵引列车动力学模型,研究了2种缓冲器静态与动态阻抗特性对重载列车相关动力学性能的影响.仿真结果表明:重载列车在长大下坡道进行循环制动时,摩擦胶泥型缓冲器无...     

从控机车滞后时间对3万t列车纵向力的影响

使用列车空气制动仿真方法获得空气制动系统特性, 通过列车动力学仿真方法分析了3万t列车在多机车不同步条件下紧急制动和常用制动时车钩力, 提出了大秦线3万t重载组合列车的可行性编组。分析了从控机车在各种滞后时间情况下, 列车常用和紧急制动的最大车钩力的变化特点。研究结果表明: 平道常用全制动工况下, 从控二机车滞后时间比从控一机车滞后时间对车钩力影响更大, 从控机车滞后于主控机车5 s时, 最大车钩力增加了80.2%;平道紧急制动工况下, 从控一机车滞后时间对车钩力影响更大, 从控机车滞后于主控机车5 s时, 最大车钩力增加了335.9%;从控机车滞后时间控制在4.1 s以内, 车钩力可以控制在许用范围内。     

机车关键参数对车钩转角与机车运行安全性的影响

针对列车车钩承压偏转行为,分析了机车结构参数与车钩转角之间的关系,通过建立由3节新型33t轴重C0-C0轴式重载机车与2组具有钩肩特性、缓冲器迟滞特性的圆销钩缓装置组成的列车动力学模型,研究承压工况下机车结构参数对车钩转角与列车运行性能的影响.计算结果表明:在列车车钩自由转角为8°时,承压时车钩的实际转角达不到8°,此时车钩钩肩不发生作用,稳钩力由机车二系止挡提供,车钩横向力全部传递至轮对,导致机车的轮轴横向力超标;提高二系止挡间隙或降低止挡间距等参数,可以增加车钩的转角,减小车钩横向力,降低轮轴横向力,提高列车的运行安全性;在重载机车车钩选型中,应该考虑机车结构参数与车钩自由转角的匹配关系.     

无调车作业重载列车制动工况缓冲器特性研究

使用大容量缓冲器是重载列车主要特征,大容量缓冲器的大刚度特性使得重载列车运行中车钩力增加.调车工况是对缓冲器容量需求的主要工况,在无调车需求的重载线路中没有将缓冲器大容量特性发挥,反而引起列车运行过程中的过大车钩力.使用列车空气制动与纵向动力学联合仿真方法,针对神华铁路无调车作业的重载列车设计出新型缓冲器特性,仿真结果表明万吨列车在减压50、减压170 k Pa常用制动和紧急制动时车钩力分别降低11.5%、26.7%、43.8%,空气制动减压量越大,车钩力降低越明显.新缓冲器可以满足相对速度5.0 km/h的冲击需求.该研究为缓冲器开发提供了理论指导.     

重载货车车钩准静态受力分析与纵向载荷分配规律

针对重载货车车钩在车钩间隙、重力与纵向牵引力综合作用下的受力状态改变问题, 对车钩进行了准静态受力分析, 研究了其纵向载荷分配规律; 设计了钩舌上下牵引凸缘根部的应变试验, 得到了测点弹性应变随牵引力的变化关系, 分析了上下牵引凸缘承载程度变化趋势; 对车钩进行了详细的受力分析, 推导了载荷传递部位等效力解析解, 得到了车钩承受不同牵引力作用时所对应的仿真边界条件; 对车钩结构进行了仿真分析, 得到了节点应变随牵引力变化的响应曲线, 通过与应变测试试验结果的对比分析, 证明了车钩载荷传递部位等效力解析解和仿真模型的可靠性; 研究了牵引力与钩舌内腕面、上下牵引凸缘等效力的关系式中关键参数对等效力的影响规律。研究结果表明: 当牵引力小于13.5 kN时, 上受压推台受力; 牵引力为13.5~1 725.0 kN时, 车钩系统上下牵引凸缘同时承载, 随着牵引力的逐渐增大, 下牵引凸缘承载比例逐渐减小并趋近于0.53, 上牵引凸缘承载比例逐渐增大并趋近于0.47, 承载比例与系统参数有线性关系, 其中钩舌内腕面等效力作用位置对此影响极大。研究结果作为研究车钩疲劳裂纹萌生和扩展仿真的基础, 对铁路重载车钩服役安全性具有极强的指导意义和参考价值。     

重载货车车轮磨耗与动力学性能演变

基于多体动力学软件SIMPACK建立了考虑车轮磨耗过程的车辆动力学模型, 编制了自动实现轮轨迭代计算程序, 并将车辆动力学模型、轮轨接触模型、轮轨磨耗模型、轮轨外形更新及运行工况统一组织在动力学软件中。采用内嵌SIMPACK软件的子程序进行动力学计算和磨耗过程的工况和数据组织, 采用FASTSim算法进行车辆动力学计算, 采用Contact算法进行磨耗计算, 并构成在线自动磨耗计算循环, 无需外部程序的协同仿真和数据交互。基于C80B型敞车在大秦线的运行环境, 研究了车轮磨耗和车辆动力学性能在车辆运用过程中的演变。研究结果表明: 车轮踏面磨耗深度和车轮全断面磨耗面积均与运行里程呈近似线性关系, 每1.0×10~5 km的车轮磨耗深度和磨耗面积分别约为1.68mm和100.63mm2;随着车辆运行里程的增加, 车轮磨耗与车辆动力学性能也随之恶化, 车辆运行2.5×10~5 km后, 车辆横向运行平稳性从新车工况下的优级下降为良级, 脱轨系数、轮重减载率与曲线通过轮轴横向力等车辆运行安全性指标均较新车状态增大50%以上。     

重载轨道车辆非线性结构设计

为减轻重载轨道车辆质量, 提高车辆的承载能力, 对于采用具有强化效应高强度低合金钢的车辆结构, 按材料非线性理论, 允许结构局部塑性变形, 进行结构轻量化设计, 采取弱化端墙、强化底架的结构优化措施, 并采用几何非线性理论对其进行非线性稳定性分析。按此非线性分析方法, 对新研发的轴载40 _t、总载160 _t的重载敞车进行了车体结构优化设计。在纵向压缩工况下, 优化后车体结构最大应力为336 MPa, 小于材料Q450NQR1屈服强度450 MPa, 发生局部屈曲的最小临界载荷F_cr为6 252 kN。在纵向冲击工况下, 车体的大应力点分布在上侧梁和上端梁区域, 应力值达到530 MPa左右, 仍低于材料的极限强度550 MPa, 且底架上的应力分布较优化前更均匀。车体结构的强度、刚度及稳定性符合AAR标准规范要求, 车辆自重系数仅为0.16。分析结果表明非线性分析方法是重载车辆结构轻量化设计的有效手段。     

重载敞车车体结构轻量化设计

以车体承载结构的质量为目标函数,以部件板厚为设计变量,以关键工况载荷下车体结构的应力与挠度为约束条件,建立轴载40 t矿石敞车车体承栽结构的优化设计数学模型.引入约束违反惩罚项构造新的无约束目标函数,用共轭梯度法确定探索方向,用最小二乘法逼近目标函数.在有限元分析软件ANSYS的二次开发平台上,运用参数化设计语言APD...     

重载铁路车轮踏面擦伤时的轮轨动态相互作用特征

运用仿真分析手段, 考虑车轮踏面新、旧擦伤激扰, 研究了重载铁路轮轨相互作用力、轨道结构位移及振动加速度的时、频特征。研究结果表明: 在车轮踏面新擦伤作用下, 轮轨间将产生高频轮轨垂向力和低频轮轨垂向力, 钢轨、轨枕及道床将产生低频振动位移; 而对于车轮踏面旧擦伤, 轮轨间仅产生高频轮轨垂向力, 轨道结构部件的振动位移较小, 高频位移幅值略大于低频位移幅值; 在新、旧擦伤作用下, 钢轨垂向振动加速度的频率很高, 前者的道床振动加速度明显高于后者的值, 二者的轨枕振动加速度较接近。     

货运机车车钩缓冲装置动力学仿真模型(英文)

分析了不同钩缓装置的工作原理,采用控制系统仿真方法建立了考虑实时性对中钩肩与钩尾摩擦副作用的钩缓装置结构模型,采用函数查表法建立了具有迟滞特性的非线性缓冲器模型,采用由2台8轴机车及1辆简化货车组成的列车模型对DFC-E100与13A/QKX-100钩缓装置进行了仿真研究,同时对车体稳钩能力进行了理论计算。计算结果表明:钩缓装置模型能够较好地反映机车钩缓装置的实际运行状态,DFC-E100钩缓装置车钩在纵向力超过一定值后才会发生明显偏转,钩肩结构能够有效地防止车钩的过度偏转;机车配备DFC-E100钩缓系统时车体稳钩能力的仿真结果及理论计算结果与实测结果的误差分别为4.23%和10.65%。13A/QKX-100系统车钩钩尾摩擦副是影响其承压行为的关键因素,其能使车钩在承受纵向压力时不发生明显偏转。     

抗蛇行减振器对机车运行平稳性的影响

为了减小提速机车在提速区段异常振动, 提高机车运行平稳性, 以抗蛇行减振器为研究对象, 运用机车车辆-轨道耦合动力学理论, 以机车运行平稳性指标为依据, 从机车抗蛇行减振器的工作状态、卸荷速度、结构阻尼参数等入手, 研究了抗蛇行减振器与机车运行平稳性的关系。仿真计算与分析结果表明: 抗蛇行减振器的工作状态对机车运行平稳性有较大的影响, 必须严格确保所有减振器的工作状态均正常; 取适当的卸荷速度可以达到提高乘车舒适性的目的; 抗蛇行减振器的结构阻尼参数越大, 对提高机车的平稳性越有利。