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.     

铁路货车转向架摇枕结构拓扑优化设计

利用HyperWorks/OptiStruct软件,采用密度法在应力约束条件下对铁路货车转向架摇枕进行结构拓扑优化,以拓扑优化得到的密度云图作为参考完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足各种计算载荷工况静强度、刚度要求的基础上,摇枕质量减轻8.6%.为进一步对整车及零部件应用结构拓扑优化设计提供参考.     

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响,以30 t轴重重载货车为研究对象,对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究. 首先,给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法;其次,建立轮对柔性体有限元模型,分析了轮对的弹性振动模态,进一步将其集成于多刚体系统中,形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型;最后,针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法,以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源,对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异. 研究结果表明:相对刚性轮对而言,柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击,同时弱化轮轨间的刚性约束能力,导致其振动幅度降低,使得车辆非线性临界速度下降约9%,通过小半径曲线时,轮轨横向力也降低了约13.7%,轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.      

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...     

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.     

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。     

不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能

应用轮轨型面测量仪在大秦重载线路上跟踪测量了不同磨耗阶段的轮轨型面,基于这些轮轨型面,应用多体动力学软件SIMPACK建立C80重载货车模型进行仿真计算,分析轮轨型面对重载货车动力学性能的影响．结果表明：在运行平稳性和稳定性方面,标准LM型车轮型面最佳,且随着车轮磨耗量的增加,平稳性和稳定性逐渐降低;在曲线通过性能方面,各个阶段的车轮型面都达到了评价标准,脱轨系数和轮重减载率都随着轮轨的磨耗而减小;轮轨横向力随着车轮的磨耗而逐渐减小;标准LM型和Ⅱ型车轮型面的磨耗功率较小,与磨耗稳定期钢轨相匹配能相对降低车轮的磨耗速率．     

我国铁路重载货车及其相关技术的研究

铁路重载运输是以重载货车为主体的系统工程,通过介绍国外重载货车的发展以及国内重载货车的现状,研究了我国重载货车的发展方向及主要技术性能指标,分析了在既有线上与开行重载货车有关的线路桥梁、运输组织、牵引供电、通信信号、列车控制等技术问题,并提出了在既有线发展重载货车的建议。     

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.     

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．     

气液环簧组合式缓冲器非对称拉压特性动力学建模及冲击仿真

为解决气液环簧组合式缓冲器呈现非对称拉压动态特性问题,构建了气液环簧组合式缓冲器动力学模型,基于MATLAB/Simulink软件编制了考虑不同吸能元件特性的车辆冲击动力学模型程序,研究了两辆单车冲击及两列动车组冲击的动态特性。研究结果表明：组合式缓冲器动力学模型既能有效地模拟拉伸状态下环簧缓冲器的线性加载特性,又能较好地模拟压缩状态下气液缓冲器随冲击速度变化的非线性加载动态特性,即组合式缓冲器动力学模型体现了明显的非对称拉压特性;低速与中高速冲击过程中,组合式缓冲器动力学模型及车辆冲击模型可依次完整有效地模拟缓冲器-压溃管-防爬器-车体结构变形产生的缓冲吸能动态过程及磁滞拉压特性曲线;列车冲击速度为5 km·h^-1时,最大车钩力及组合式缓冲器最大行程均小于缓冲器阻抗力和行程限值,其压缩加载特性曲线仅呈现出气液缓冲器的加载特性;冲击速度为20 km·h^-1时,最大车钩力为2 900 kN,最大行程为534 mm,防爬器已经触发,其压缩加载特性曲线呈现出了气液缓冲器-压溃管-防爬器组成的连续力学特性,此时车体结构未发生破坏;冲击速度达到25~30 km·h^-1时,列车开始发生结构破坏,车钩力陡升;全自动车钩与半永久车钩参数选型能够满足冲击速度20 km·h^-1以内的列车车体结构安全性。     

瞬态冲击响应的数值技术及其在120t平车设计中的应用

１２０ｔ钢锭运输平车经常承受突然的冲击载荷。在讨论了基于振型迭加法的瞬态冲击响应的关键技术之后,用Ｉ－ＤＥＡＳ软件对１２０ｔ平车钢结构进行了瞬态冲击响应计算,其计算结果对设计十分重要。     

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.     

高温和重载对DCLR改性沥青混合料抗变形能力的影响

为了评价煤直接液化残渣(DCLR) 和复合DCLR改性沥青混合料在高温和重载下的抗变形能力, 对级配为AC-20的2种沥青混合料进行多温度(50℃、60℃、70℃)、多荷载(0.7、0.8、0.9、1.0 MPa) 条件下的三轴重复荷载试验, 并对试验数据进行非线性拟合, 提出了能够在高温和重载条件下评价2种沥青混合料抗变形能力的指标, 并利用方差分析法研究了温度和荷载对沥青混合料抗变形能力的显著性影响。研究结果表明: 2种沥青混合料的永久变形随温度和荷载的增大而增大, 流动数、非线性拟合指数分别与温度和荷载呈负相关与正相关, 说明流动数和非线性拟合指数均能反映沥青混合料的抗变形能力, 但2种沥青混合料的流动数的三维曲面在温度为65℃~70℃和荷载为1.0 MPa处有交叉, 说明流动数在高温和重载条件下不能有效区分DCLR和复合DCLR改性沥青混合料的抗变形能力; 在0.05显著性水平下, 2种沥青混合料的抗变形能力对温度的敏感性均高于荷载, 因此, 温度为影响2种沥青混合料抗变形能力的主要因素, 荷载为次要因素; 温度和荷载的非线性拟合指数、流动数分别在0.013和0.113显著性水平下对2种沥青混合料的抗变形能力有显著性影响, 因此, 在试验温度和荷载范围内非线性拟合指数比流动数更适合作为评价DCLR与复合DCLR改性沥青混合料抗变形能力的指标。     

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。     

车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述

从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面,梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果,总结了4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题;从列车碰撞动力学的角度,阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用,及其在车辆系统整体设计中的地位;基于欧盟、美国、日本与中国列车耐撞性和强度标准,介绍了车钩缓冲装置的子部件组成;从车钩缓冲装置理论模型在列车碰撞动力学模型和有限元模型的应用剖析其演化过程;基于当前国内外车钩缓冲装置的研究现状,指出未来轨道列车车钩缓冲装置的研究趋势和发展目标。研究结果表明：车钩缓冲装置是列车多级吸能系统中重要组成部分之一,需针对不同车钩缓冲装置类型建立不同的力学模型,准确反映缓冲器的非线性迟滞特性和压溃管的压溃吸能特性,以及车钩的运动关系;在国内外现行标准中,仅规定了车钩缓冲装置的静强度指标,且仅有货车车辆缓冲器的详细界定,缺乏中高速轨道车辆的车钩缓冲装置在动态场景下的载荷指标、能量上限等标准规范;胶泥、气液缓冲器具有比摩擦式缓冲器更好的碰撞力学性能,但其复杂的非线性特性描述依赖于准确的数学模型和试验,目前尚未对车钩缓冲装置数学模型的横向、垂向动态特性进行详细研究;应结合试验,加强研究车辆运行和碰撞过程中车钩缓冲装置的触发和失效稳定性,及其对列车纵向撞击响应的影响;中低速下较大的车钩缓冲装置刚度会导致非正常的垂向和横向响应,不同速度等级下车钩缓冲装置的力学特性和初始姿态对车辆碰撞机理的影响较大。