3万t组合列车纵向动力学研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,我国铁路重载运输发展很快,2003年以来,大秦铁路开行了万t和2万t级重载列车,使大秦铁路年运量由2002年的1亿t,提高到2010年的4亿t,全线运能大幅度提高。尽管运能不断增加,但仍满足不了国民经济对货物运输的需求,需要更进一步提高运输能力。提高列车运行速度和开行密度等受客观条件限制较多,开行提高牵引质量的3万t组合列车被提上议事日程。重载运输中由于列车重量和长度增加,制动波传递时间加长,导致车钩力增大,长大列车的纵向冲动成为首要问题。影响车钩力的因素很多,包括列车编组、制动特性以及车钩缓冲器特性等,其中又以空气制动系统的影响最大。由于重载列车中的多机车和可控列尾装置,给列车制动特性的获取带来困难,直接影响到列车纵向动力学分析的准确性。使用以气体流动理论为基础的列车空气制动仿真方法获得的空气制动系统特性,不受现有的试验条件限制,适用于不同的列车编组、试验工况以及装备条件。本文使用的空气制动系统与纵向动力学系统联合仿真软件,在仿真空气制动系统特性的同时,仿真计算列车纵向冲动,实现了制动与纵向动力学的同步仿真,能够实时动态仿真和显示列车运行的全过程,对于改善重载列车纵向动力学性能具有重要意义。本文综合比较了3万t列车在多机车和列尾不同步动作以及改变制动初速条件下,1+1+1+列尾、1+1+1和1+1+1+0三种编组在平道常用全制动和平道紧急制动工况下的车钩力水平,提出了1+1+1的3万t组合列车可行编组,并且研究了不同步时间对车钩力的影响规律。此外,以大秦线最困难的两个长大下坡道区间中的两个连续区段（k139.9-k155.6）和（k285.3-k305.4）为例,进行循环制动仿真计算,列车能顺利通过两段长大坡道,运行速度基本控制在限制速度以内。计算结果表明,从控机车滞后时间越长,车钩力越大,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显著,从控机车滞后于主控机车5s时,最大车钩力增加82.4%；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5s时,最大车钩力增加335.9%。常用制动时最大车钩力对列车不构成威胁,紧急制动时,特别是从控机车具有较大滞后时间时,会出现很大的车钩力,是列车运行的危险工况,从控机车滞后时间控制在4.8s以内,车钩力在2500kN的许用范围内。在通过长大坡道时,遵循“小减压和合理控制缓解初速”的原则,两个区段分别进行了4次和3次循环制动,使组合列车顺利通过长大坡道。本文利用仿真软件进行的计算对提高列车的经济性、安全性,对于开行3万t组合列车具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 1 引言
• 2 问题的提出
• 3 列车纵向动力学研究的发展现状
• 4 研究方法
• 5 本文的主要内容
• 第一章 列车纵向动力学仿真系统
• 1.1 列车纵向动力学仿真模型
• 1.1.1 机车模型
• 1.1.2 车辆模型
• 1.1.3 缓冲器特性
• 1.2 列车纵向动力学仿真软件
• 本章小结
• 第二章 列车制动特性
• 2.1 1+1+1+列尾编组
• 2.1.1 常用同步制动列车制动特性
• 2.1.2 常用滞后3秒制动列车制动特性
• 2.1.3 紧急同步制动列车制动特性
• 2.1.4 紧急滞后3秒制动列车制动特性
• 2.2 1+1+1编组
• 2.2.1 常用同步制动列车制动特性
• 2.2.2 常用滞后3秒制动列车制动特性
• 2.2.3 紧急同步制动列车制动特性
• 2.2.4 紧急滞后3秒制动列车制动特性
• 2.3 1+1+1+0编组
• 2.3.1 常用同步制动列车制动特性
• 2.3.2 常用滞后3秒制动列车制动特性
• 2.3.3 紧急同步制动列车制动特性
• 2.3.4 紧急滞后3秒制动列车制动特性
• 本章小结
• 第三章 3万t组合列车编组的确定
• 3.1 无延迟常用全制动工况下各编组的车钩力分析
• 3.1.1 编组1的仿真结果
• 3.1.2 编组2的仿真结果
• 3.1.3 编组3的仿真结果
• 3.2 有延迟常用全制动工况下车钩力分析
• 3.2.1 从控机车（或列尾）滞后主控机车3秒制动
• 3.2.2 从控机车（或列尾）滞后主控机车5秒制动
• 3.3 制动初速60km/h车钩力分析
• 3.4 常用制动结果分析
• 3.5 无延迟紧急制动工况下各编组的车钩力分析
• 3.5.1 编组1的仿真结果
• 3.5.2 编组2的仿真结果
• 3.6 有延迟紧急制动工况下车钩力分析
• 3.6.1 从控机车（或列尾）滞后主控机车3秒制动
• 3.6.2 从控机车（或列尾）滞后主控机车5秒制动
• 3.7 制动初速60km/h车钩力分析
• 3.8 紧急制动结果分析
• 3.9 最优编组选择
• 本章小结
• 第四章 机车不同步对3万t列车车钩力影响分析
• 4.1 平道常用全制动工况下的车钩力分析
• 4.1.1 不同滞后时间下典型的制动波传播特性
• 4.1.2 各种滞后时间条件下典型车钩力分布图
• 4.1.3 最大车钩力数值分析
• 4.2 平道紧急制动工况下的车钩力分析
• 4.2.1 不同滞后时间下典型的制动波传播特性
• 4.2.2 各种滞后时间条件下典型车钩力分布图
• 4.2.3 最大车钩力数值分析
• 4.3 车钩力仿真结果及分析
• 4.3.1 平道常用全制动工况下延迟制动的车钩力分析
• 4.3.2 平道紧急制动工况下延迟制动的车钩力分析
• 本章小结
• 第五章 长大下坡道循环制动
• 5.1 长大下坡道的线路情况
• 5.2 长大下坡道循环制动仿真计算
• 5.2.1 长大下坡道区间减轻列车纵向力的操纵技术方法的基本要求
• 5.2.2 仿真结果
• 5.2.3 仿真运行速度
• 5.2.4 充气时间
• 5.2.5 追加制动
• 5.2.6 循环制动的最大车钩力与纵向冲动
• 5.3 长大下坡道循环制动仿真结论
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢