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。     

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

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.     

基于纵向压力的2B_0重载机车动力学特性

为了解决2B0重载机车牵引试验中出现的3次扩轨掉道事故,分析了纵向压力作用下机车车钩倾斜与稳定原理,推导了车钩自由角的计算原理.根据车钩的试验数据,建立了车钩动力学模型.计算结果表明:大纵向冲动下车钩严重偏转是导致事故发生的主要原因;为了保证车辆安全运行,大摆角车钩必须具有对中复位功能;车钩自动复位能力、钩缓装置的特性对于机车车辆轮对侧磨有显著影响.     

车钩箱位置误差对重载机车动态性能的影响

为了探明车钩箱中心线相对车底架中心线存在横向偏差及对制动时机车动态性能的影响规律,测量了八轴机车底架几何参数.测试结果发现,车钩箱偏离车底架中心线范围约5~10 mm.根据测量结果,考虑国内重载机车常用的车钩缓冲器装置的结构特点,建立了具有时变弧面接触特性的钩缓动力学模型和由2台八轴机车组成的列车动力学模型.在此基础上分析了不同横向偏差的车钩摆角、车体横向错位以及机车行车安全性.研究结果表明:在厂线试验条件下,若车钩箱偏离中心线距离越大,制动后车钩摆角与车体横向错位增大,行车安全性越差.为保证行车安全性,车钩箱偏离距离应不超过9 mm.      

列车碰撞仿真中钩缓装置模拟方法

为了研究列车碰撞过程中的钩缓装置行为,提出了一种基于LS-DYNA离散梁单元模拟钩缓特性的仿真方法.以某6节编组的城市地铁列车36 km/h对撞工况为例,对钩缓装置的加载、卸载以及在极限载荷下的失效脱落等现象进行模拟,并计算钩缓装置对列车碰撞工况能量吸收的贡献程度.结果表明:该方法能够模拟碰撞时列车钩缓装置的力学特性以及车钩的失效和脱落现象,并且能得到连挂列车各位置钩缓装置的输出特性、能量吸收等指标;两列车对撞后,钩缓装置在碰撞过程中吸收能量占总能量的27%.      

快速救援锁闭套钩装置的研制与应用

锁闭套钩装置是一种救援专用工具,它可以解决脱轨机车、车辆的车钩不能直接与救援机车车钩连挂的问题,操作简便,安全快捷。文中介绍了锁闭套钩装置研制过程、结构和使用方法。     

制动条件下连挂救援动车组车钩垂向偏转行为

为了研究连挂救援动车组在制动条件下产生的冲击,建立了不同编组形式下的动车组动力学模型。考虑实际的车钩运动关系和缓冲器迟滞特性,建立了钩缓装置的动力学模型。制定了连挂救援动车组的运行安全阈值,分析了紧急制动时动车和钩缓系统的动力学响应,研究了直线工况下车钩的动态偏转行为与动车编组形式、制动减速度和车钩自由转角等参数对动车组运行安全性的影响。计算结果表明:A类动车组连挂救援B类动车组,直线上制动时连挂断面的压钩力和车钩点头角分别达到799.4kN和11.5°,钩尾框托梁垂向力和车端垂向相对位移分别达到136.2kN和126.2mm,明显超过允许限值,即80kN和95mm,车钩力垂向分量会造成车体点头和轮重减载现象,从而导致局部结构破坏和车间运动干涉。当制动档位降到7级或车钩自由点头角低至4°时,钩尾框前箱托梁垂向力低于限值,而车端垂向相对位移超过限值;当制动档位降到6级或车钩自由点头角低至2°时,可保证车端垂向相对位移低于允许值。     

圆销车钩自由转角与车体参数匹配性的研究

为了明确圆销车钩自由转角与车体主要结构参数的匹配关系,采用理论分析与动态仿真相结合的方法,研究了曲线通过及直线承压工况下,机车车体主要结构参数与车钩转角的关系.结合缓冲器的非线性迟滞特性并采用控制系统仿真方法,建立了圆销钩缓系统的对中钩肩模型,该模型能够较好体现钩肩回复力的实时性;采用内插样条函数进行拟合,根据工程图纸对车钩钩头轮廓曲线进行数据离散,反演得到钩头轮廓曲面,并建立了一对连挂钩头间的曲面/曲面接触模型,进一步考虑了连挂钩头间的相互作用,能够准确模拟连挂钩头间的相对运动;通过对不同自由转角条件下机车的受力情况进行分析,得出了车钩自由转角设计推荐公式,并通过动力学仿真对其进行了验证.研究与仿真结果表明,受轨道曲率变化的影响,车钩实际转角比静态计算结果要偏大0.5~1.0,钩头间的相对转动可对车钩转角进行补偿,以顺利实现机车曲线通过;车钩自由摆角与车体结构要有较好的匹配,以保证机车承压时的运行安全性,同时建议该型机车钩缓系统自由转角设计值应小于8,这与推荐公式的计算结果有较好的一致性.      

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。      

机车车辆车钩缓冲装置及吸能装置的耐撞性研究

为了研究某机车车体结构的耐碰撞性能,基于仿真软件的工程应用,建立了详细有效的机车车辆车体结构非线性动力学有限元模型.其中,重点对机车车钩缓冲装置和吸能装置进行了详细的有限元模拟.并以装有车钩缓冲装置和吸能装置的机车以10 km/h速度撞击刚性墙为例,验证了该机车的耐碰撞性能.结果表明,该机车在碰撞过程中,车钩缓冲装置和吸能装置很好的发挥了其能量吸收作用,机车车体结构没有发生塑性变形.     

列尾装置对重载列车纵向力的影响

根据气体流动理论与多刚体动力学原理,建立了带有列尾装置的列车空气制动系统与列车纵向动力学联合仿真模型,计算了制动系统中空气流动瞬态数值解,获得制动系统特性,同步计算了列车纵向冲动。2万吨组合列车计算结果表明：全制动时安装列尾装置使最大车钩力降低54％,列车纵向冲动明显降低;列尾装置减压量越大,车钩力降低越明显,目前列尾装置减压量固定为50kPa,应根据线路经常使用的减压量确定更合理的值;列尾装置排气速度对车钩力影响较小;列尾装置滞后时间对车钩力影响微小;使用机车替代列尾装置,在大减压量制动时,车钩力将明显得到改善,减压量越小,机车与列尾装置作用效果越接近,当机车减压50kPa制动时,列尾装置与机车作用相同。     

重载机车二系横向止挡参数对车钩稳定性的影响

通过建立包含13A/QKX100型钩缓系统、两台八轴机车和一台模拟货车的列车动力学模型,计算制动工况下重载机车不同二系横向止挡参数匹配方案的车钩摆角和列车运行安全性指标,得出适当增大二系横向止挡刚度、减小二系横向止挡自由间隙,可以有效减小车钩摆角,有利于保持车钩的动态稳定并提高机车运行安全性。最终提出三种二系横向止挡参数匹配优化方案,即二系横向止挡自由间隙为10 mm,刚度为原刚度的2倍;二系横向止挡自由间隙为15 mm,刚度为原刚度的3倍;二系横向止挡自由间隙为20 mm,刚度为原刚度的5倍。     

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．     

两万吨列车纵向动力学性能预测

开发了基于空气制动系统仿真的列车纵向动力学仿真程序．通过单车撞击试验获得缓冲器本构关系,通过仿真获得1＋2＋1编组两万吨列车制动特性．计算了两万吨列车车钩力分布特性,在受力特点上看,1＋2＋1编组列车在制动时可以看作中间分界的两段列车,每段列车前部受压,后部受拉．最大车钩力发生在列车的约1／8处,最大拉钩力发生在列车的约7／8处．后部机车滞后于前部机车制动,将使受压车辆数目增多,最大压钩力增加、发生位置后移,最大拉钩力变化不大．车钩间隙越大,车钩力越大．初速度越高,车钩力越小．     

制动力对机车直线运行安全性的影响

为研究机车直线运行时车钩制动力对其安全性的影响,建立了车体载荷方程,在分析车体几何关系、车钩与车体受力关系的基础上,利用牛顿迭代法求解该方程,获得车钩复原角刚度与车体转角的关系,并提出保证机车直线运行安全性的必要条件.理论分析和仿真结果表明:为保持机车车体平衡,机车车体在两端车钩制动力的作用下,车钩复原角刚度应大于临界值,否则,机车车轮的轮缘会贴靠钢轨,机车有脱轨的危险.     

两万吨列车纵向动力学性能预测

开发了基于空气制动系统仿真的列车纵向动力学仿真程序.通过单车撞击试验获得缓冲器本构关系,通过仿真获得1+2+1编组两万吨列车制动特性.计算了两万吨列车车钩力分布特性,在受力特点上看,1+2+1编组列车在制动时可以看作中间分界的两段列车,每段列车前部受压,后部受拉.最大车钩力发生在列车的约1/8处,最大拉钩力发生在列车的约7/8处.后部机车滞后于前部机车制动,将使受压车辆数目增多,最大压钩力增加、发生位置后移,最大拉钩力变化不大.车钩间隙越大,车钩力越大.初速度越高,车钩力越小.     

基于simulink/stateflow的列车碰撞时钩缓系统建模

针对列车碰撞过程中两车之间的运动状态,设置了车钩连接和分离两大状态,将碰撞过程中钩缓系统的运动细化为弹性压缩、塑形压缩、弹性伸长和车钩力为0的4个子状态,运用simulink/stateflow建立仿真模型。基于此,建立了两列单节车碰撞的Matlab/simulink仿真模型,观察其在不同撞击速度下的缓冲器特性。分析结果表明,所建立的车钩缓冲器模型能够较好地反映车辆碰撞过程中车钩的实际状态。     

基于装配体的13号车钩有限元分析

13号车钩在运用过程中经常出现钩体裂纹、钩尾框裂纹和钩舌折断等故障,严重影响列车的正常运行.利用I-DEAS软件对车钩的装配体进行有限元分析,车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递.给出了车钩在拉伸工况下的应力状态,应力较大部位与运用中故障多发部位相吻合,为车钩结构设计、改进和检修提供参考依据.     

基于装配体的13号车钩有限元分析

13号车钩在运用过程中经常出现钩体裂纹、钩尾框裂纹和钩舌折断等故障,严重影响列车的正常运行.利用Ⅰ-DEAS软件对车钩的装配体进行有限元分析,车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递.给出了车钩在拉伸工况下的应力状态,应力较大部位与运用中故障多发部位相吻合,为车钩结构设计、改进和检修提供参考依据.