货运列车制动系统的建模及仿真研究

论文摘要

随着国民经济的迅速发展,铁路运量的猛增,运量与运能矛盾的日益突出,重载运输已成为我国铁路运输的主要发展方向。重载运输的发展必然对重载列车制动系统性能提出更高的要求,因此,对货车制动系统进行研究显得尤为迫切。试验一直以来都是研究列车制动问题的重要手段。但试验尤其是线路试验会占用运营线路,不仅耗费时间,花费大量的经费,而且数据结果的离散性较大。这些对新产品的研制和开发都带来诸多不便。计算机技术的发展,为建立制动系统仿真模型创造了条件,促进了制动系统模拟研究的迅速发展。利用计算机建立仿真模型并对之进行分析计算,不仅可以模拟各种复杂的工况,而且节省了大量的人力、物力和财力,并可极大地降低产品开发成本,缩短开发周期。目前,国内外制动系统性能数值仿真的研究采用自行编制程序和使用通用仿真软件进行二次开发两种方法。AMESim是基于物理模型的图形化建模平台,已在航空、汽车等领域证明了其具有较高的准确性和可靠性。120型空气制动机是目前我国货运列车制动系统的主型制动机,120型空气控制阀是120型空气制动机中最关键的部件,直接影响着制动系统的性能。本文根据120型空气控制阀工作原理和气体流动理论,在AMESim仿真平台上建立了配有该阀的货车制动系统单车仿真模型,结合试验数据进行对比研究,验证了仿真模型的正确性和可靠性。在此过程中,还研究了制动系统内移动部件的运动特性,并分析了阀内参数对制动系统的影响。最后,论文还建立了可实现120阀各种工作功能的货运列车制动系统仿真模型,并对120辆列车编组进行了仿真研究。该项研究对空气制动阀乃至制动系统的优化起到指导作用,为进一步进行制动系统故障模拟和诊断分析打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 我国铁路货车制动阀发展概况
• 1.3 制动系统数值仿真国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 气动系统的建模基础理论
• 2.1 流量温度压力方程
• 2.2 流量系数概述
• 2.3 AMESIM软件介绍
• 2.3.1 AMESim包含的系列软件
• 2.3.2 AMESim软件的使用方法
• 2.3.3 AMESim气动图库简介
• 2.4 本章小结
• 第3章 120型空气制动机概述
• 3.1 120型空气制动机
• 3.2 120型空气控制阀的组成
• 3.2.1 中间体
• 3.2.2 主阀
• 3.2.3 半自动缓解阀
• 3.2.4 紧急阀
• 3.3 120型空气控制阀的作用原理
• 3.3.1 充气及缓解位
• 3.3.2 减速充气及缓解位
• 3.3.3 常用制动位
• 3.3.4 制动保压位
• 3.3.5 紧急制动位
• 3.3.6 缓解阀的作用原理
• 3.4 120阀的稳定性和安定性
• 3.4.1 制动机缓解状态的稳定性
• 3.4.2 安定性
• 3.5 本章小结
• 第4章 货车单车制动系统的仿真分析
• 4.1 120型空气控制阀中移动部件受力分析
• 4.1.1 作用部中移动部件受力分析
• 4.1.2 局减阀中移动部件受力分析
• 4.1.3 加速缓解阀中移动部件受力分析
• 4.1.4 紧急二段阀中移动部件受力分析
• 4.1.5 缓解阀中移动部件受力分析
• 4.1.6 紧急阀中移动部件受力分析
• 4.2 仿真模型建立
• 4.2.1 120阀模型
• 4.2.2 制动缸模型
• 4.2.3 其它模型
• 4.2.4 货车单车制动系统模型
• 4.3 仿真及试验结果分析
• 4.3.1 初充气试验
• 4.3.2 常用制动试验
• 4.3.3 制动安定试验
• 4.3.4 紧急制动试验
• 4.3.5 加速缓解试验
• 4.4 参数影响分析
• 4.4.1 弹簧参数的影响
• 4.4.2 活塞面积的影响
• 4.4.3 活塞重量的影响
• 4.4.4 参数影响建议
• 4.5 局减阀故障诊断
• 4.6 本章小结
• 第5章 各种编组长度的列车制动系统仿真分析
• 5.1 120辆车仿真情况
• 5.1.1 常用制动试验
• 5.1.2 紧急制动试验
• 5.2 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文