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。     

万吨重载列车制动系统初充气性能仿真研究

以万吨重载列车空气制动系统的充气特性作为研究对象，研究副风缸在列车充气作用时的压力变化情况。应用CFD理论，建立了重载列车空气管系的二维模型，对三通阀进行了合理的简化和等效计算后，给出了一套可完整求解货物列车空气制动系统充气特性的算法和程序，将计算结果与有关试验数据进行了对比分析，并对1万t和2万t列车在不同编组形式下末车的副风缸初充气压力变化情况进行了计算分析。     

长大货物列车空气管系3维充气模型的数值仿真

应用计算流体动力学中的有限体积法,建立长大货物列车空气管系的3维充气特性模型。该模型能同时求解主管、支管的压力和速度,不用类似1维模型引进经验公式或辅助边界条件帮助求解,避免了1维模型中人为解藕不当而出现的各种问题。利用交错网格算法和长大列车空气管系直径与长度的尺度效应,灵活设置压力和速度的自由度,选取压力和速度的控制容积来离散3维模型的控制方程。离散后的代数方程表明,3维模型的计算量与1维模型的计算量几乎相同。提出了一种改进的算子分裂算法求解压力速度耦合方程,数值试验表明,当时间步长很大时算法依然稳定和健壮。用研究开发的程序,将计算结果与国内外长大列车充气特性的有关试验结果进行了对比分析,验证所提出的理论和算法的正确性。     

列车空气制动系统仿真的有效性

根据气体流动理论建立货运列车空气制动系统模型,概述管路内气体流动方程、制动系统中用到的各种边界方程和容器内气体压力的计算方法。利用基于气体流动理论开发的列车制动仿真系统,计算长、短编组列车的常用制动、缓解和紧急制动特性,并与试验结果进行对比。结果表明,计算得到的列车管、制动缸、副风缸、加缓风缸等的空气压力随时间的变化与试验结果非常接近,说明基于气体流动理论的空气制动仿真系统能够很好地模拟制动系统中气体流动和阀内动作过程。该仿真系统可以模拟最多4台机车组成的组合列车,不仅能仿真制动系统动态压力变化过程,而且其计算结果可以用于制动距离的计算,并通过数据传送实现列车纵向动力学分析程序的无缝连接。     

制动缸充气时间对货物列车性能影响的仿真研究

采用列车空气制动和纵向动力学联合仿真系统研究制动缸充气时间对万吨列车和快捷货车的车钩力、制动距离与纵向加速度的影响。计算结果表明,长大列车制动缸充气时间对车钩力影响较大,快捷货车制动缸充气时间主要影响制动距离和列车纵向加速度,因此在长大列车制动系统充气时间设计时必须考虑车钩力因素,在设计运送易碎货物列车制动系统时需要考虑纵向加速度的限制。     

使用F8型空气制动机的快运货车制动系统仿真分析

基于F8型空气制动机的原理和空气流动理论，建立了使用F8型空气制动机的列车制动系统模型，开发出计算机仿真程序。通过比较仿真与试验结果的缸、管压力与制动距离，证明程序的正确性。并使用仿真程序对使用F8型空气制动机的快运货物列车进行制动性能分析计算，计算结果显示快运货物列车各种制动性能正常，紧急制动距离符合《中华人民共和国铁路主要技术政策》中的有关规定，能够在规定距离内安全停车。F8型空气制动机可以作为快运货物列车的制动控制系统。     

基于试验与仿真相结合的空气制动流体方程解析

国内重载货运列车技术发展迅速,尤其是新型货车制动机技术,对长大编组的列车而言,进行空气制动性能试验的难度也在增加。每辆货车制动机结构的特性和设计参数相同,并且单车试验性能一致,但在列车管初充气和制动缓解工况下气压传递过程有所不同。通过建立列车制动管路气压数学模型,结合单阀、单车实物试验,建立整列车关于制动工况和缓解工况的半实物仿真试验平台。半实物仿真试验平台要求仿真模型通过硬件接口进行实时控制,并根据试验采集的真实数据,对模型进行修正,确保建立的试验仿真模型合理与科学,并运用制动空气流体力学方程进行解析与求解。文章采用空气动力学偏微分方程组求解,运用特征线法和气容容积充放气模型进行解析仿真计算,结合修正函数进行实时修正,实现半实物仿真试验系统实时控制的功效,为建立智能化试验平台,建立理想的数学模型提供理论基础。     

货物列车新型智能电控空气制动系统的理论研究与实验

我国货物列车制动系统一直沿用自动空气制动系统,由于制动波速无法超过声速,致使我国重载货物列车的开行受到一定的制约.目前,国外货运发达的国家如美国、加拿大、澳大利亚等正在进行电控空气制动系统(ECPB)的研究,并部分投入运营考核,这是目前国际上最先进的列车制动系统,而我国的这项技术至今仍是空白.本文创新研究了一种智能型电控空气制动系统,从设计、制动力的分配、制动指令的定义及列车制动智能控制的软件实现方面,对长大货物列车新型制动系统进行了系统的理论研究,并设计了相应的试验台.室内试验表明,该制动系统具有良好的自适应性,具有高的鲁捧性,各项主要制动参数均能达到北美AARS-4300标准,尤其是关键指标制动缸控制压力与目标压力误差仅为±10kPa,其精度已超过北美AAR标准规定的±20kPa.该系统具有广阔的应用前景.     

环境温度升高对重载列车管压波动及制动力的影响分析

对大秦线列车管减压量偏大的重载组合列车的制动施加时间、地点、线路数据和机车数据进行了统计分析，确定环境温度升高是引起列车管压力上升的主要原因，通过理论计算的方法研究了不同条件下环境温度升高对列车管压力变化的影响，进而分析其对制动缸压力、闸瓦压力、车辆制动力、列车制动力的影响，结合试验数据分析对车钩力产生的影响，并论述纵向力增大可能带来的隐患，针对这种现象提出了解决建议。研究表明重载组合列车在环境温升较大的中午时刻或者低温季节经过长大隧道时会引起列车管压力上升，造成列车施加空气制动时减压量变大，进而导致列车制动力增强。     

重载列车空气制动特性多参数数学简化方法

基于列车空气制动特性多参数数学简化方法,研究了制动控制阀特性参数、制动缸充气特性参数、制动波传播速度特性参数等对列车制动缸充气特性曲线的影响。对150辆装用120型空气制动阀的重载列车制动系统进行了计算,并与试验结果进行了对比,结果表明该方法快捷有效。     

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。     

重载组合货运列车空气制动技术

分析重载组合货运列车空气制动存在的问题及要求,介绍国际上重载组合列车使用的ECP系统和LOCOTROL系统;重点阐述采用LOCOTROL系统组合列车的机车制动机均衡风缸开、闭环控制模式特点以及大秦铁路组合重载试验情况。     

重载组合列车机车智能制动仿真研究

针对目前在复杂线路上动力分布式重载组合列车机车制动的不足,提出了一种新的机车智能制动控制方法,该智能制动控制方法能按照制动时机车所处轨道状况及机车车钩力大小对机车电制动进行相应的模糊控制。在介绍重载组合列车动力分布式系统基本原理及特点的基础上,依据列车纵向动力学理论,在MATLAB/SIMULINK中建立了2万吨组合列车仿真模型。仿真结果从理论上证明了,与现有机车制动方式相比,该机车智能制动控制方法能减小组合列车最大车钩力,提高组合列车运行安全性。     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律.结果表明:正常情况下,4万～12万t超长重载组合列车编组长度对平...     

重载列车纵向动力学计算程序综述和研制

介绍了国内外重载列车纵向动力学仿真计算程序的发展概况,对空气制动系统模拟、车钩缓冲装置模拟以及数值积分方法等三个关键问题进行了梳理分析,并提出了作者的认识和见解,为今后的重载列车纵向动力学仿真研究提供了有价值的研究思路。在此基础上,建立了重载列车纵向动力学仿真模型,其中包括改进的缓冲器迟滞特性数学模型,并编制了它的计算程序,介绍了该程序的基本要素和总体构成。     

高速动车组备用制动系统仿真分析研究

基于现代流体力学数值仿真技术,以高速动车组备用制动系统作为研究对象,建立了备用制动系统中分配阀等关键部件的仿真模型,研究了沿列车管长度方向的减压制动,再现备用制动实施的过程。研究工作为列车备用制动系统的设计、试验研究提供理论参考。     

120阀内孔径对制动系统性能的影响

使用基于气体流动理论的列车制动系统数值仿真方法定量分析了120阀的紧急阀III孔径、局减阀上的局减孔孔径、加缓风缸向列车管充气孔孔径对单编万吨列车制动、缓解特性的影响.仿真结果表明:紧急阀III孔径对列车的紧急制动特性有明显的影响。该孔径在2.3～2.7 mm范围内能够保证在常用制动时不发生紧急作用,同时紧急作用也能正常发生,并且该孔径越大,其制动波速越慢,在紧急制动时,该孔径由2.35 mm增大到2.65 mm,其制动波速由283.2 m/s降低到244.2 m/s,降低了14.2%;局减阀上局减孔孔径对常用制动时的制动波速有明显的影响,孔径越大,其常用制动的制动波速越快,在减压100 kPa时,孔径为1.5 mm时比0.5 mm时制动波速增大了77.4%;加缓风缸向列车管充气孔的大小对缓解波速有明显的影响,该孔径越大,缓解波速越快,在减压100 kPa之后缓解的过程中,随着该孔径由0.5 mm增大到1.5 mm,缓解波速增大了53.1%,小减压量制动后缓解时,该孔径大小对缓解波速影响较小。该结论为新阀的设计提供了参考。     

重载组合列车纵向性能的影响因素分析

介绍2004年以来大秦线开行的5种典型编组方式重载列车,比较了不同编组方式列车纵向力的大小,并分析了列车编组方式对纵向力的影响;同时结合试验数据,对其他关键因素比如Locotrol同步作用时间、机车制动机性能、货车关键技术以及列车操纵方式等对重载列车纵向力的影响进行了分析,并从减小纵向力的角度提出了3种2万t列车编组方式。试验及运用实践表明:目前我国的货车制动可以满足单元万吨货物列车的制动要求,而对于更大编组的长大列车,宜采用机车动力分散布置的组合列车。组合列车中从控机车的布置位置是影响组合列车制动性能和列车纵向力的最主要因素之一,应对其进行详细研究。