列车脱轨后运行行为研究

论文摘要

随着科学技术的发展,人们对轨道车辆脱轨机理研究的不断深入,现代化的列车控制系统等主动安全防护措施,使得轨道车辆发生交通事故的概率越来越小。但是,在实际的列车运营过程中,各种形式的人为操作错误和自然环境的突然变化以及轨道车辆运行环境的特有开放式约束,使得列车发生脱轨事故的可能性永远存在。列车一旦发生脱轨事故将严重威胁行车安全,对人员和财产造成极大危害。世界各国铁路部门和科研人员针对列车脱轨问题的研究已经有了100多年,取得了大量的研究成果。但是,随着铁路运输速度的不断提高,列车脱轨事故仍呈上升趋势,近十年来,脱轨事故在我国铁路行车重大事故中的比率高达70%左右。国内外针对脱轨问题的研究大多集中于脱轨机理以及脱轨的预防。基于列车脱轨后相关问题的研究相对较少,尤其是在我国还仍处于探索阶段。本文在分析列车脱轨后主要特征的基础上,简要叙述了第一类拉格郎日方程理论以及代数-微分方程组的数值求解方法。针对列车脱轨后的主要特点,将车辆简化为平面刚体模型。利用第一类拉格郎日方程在考虑车钩力作用的基础上分别建立列车车辆在直线段约束、常曲率曲线段约束下的列车动力学模型。对列车在脱轨前后所受作用力进行了分析,建立了各个作用力模型。考虑列车脱轨后车钩一旦发生破坏失效将导致车辆间发生碰撞的可能性,建立了车辆碰撞检测模型,分别介绍了基于冲量、冲量矩定理和基于弹簧阻尼力的碰撞动力学模型,建立了车辆碰撞模型。为了更为直观地展现列车脱轨后的运动情况基于C++Builder6.0编制了脱轨事故再现动画程序,利用数值仿真方法选取我国干线上主要客运列车参数作为原始参数对列车脱轨后的动力学特性进行计算,并对结果进行详细研究分析。同时,在原始参数的基础上,对列车在不同工况下脱轨后的动力学特性进行了系统分析,对参数影响规律、影响程度等进行了探讨。得到了一些有用的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第二章 建模理论及求解方法
• 2.1 建模方法的选择
• 2.2 第一类拉格郎日方程
• 2.3 微分-代数方程的求解
• 2.4 数值求解方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 模型的建立
• 3.1 列车动力学方程
• 3.1.1 基本模型
• 3.1.2 直线段下的动力学方程
• 3.1.3 曲线段下的动力学方程
• 3.2 车钩缓冲装置建模及作用力的求解
• 3.2.1 弹簧缓冲器作用力
• 3.2.2 弹簧缓冲器变形量及变形速度的求解
• 3.2.3 车钩簧横向力和转动阻力矩
• 3.3 轨道阻力
• 3.3.1 基本阻力和附加阻力
• 3.3.2 制动力
• 3.4 地面阻力
• 3.5 初始条件的确定
• 3.5.1 直线段初始位置
• 3.5.2 曲线段初始位置
• 3.5.3 脱轨触发
• 3.6 本章小结
• 第四章 车辆撞击模型
• 4.1 碰撞初始检测和车辆特征点
• 4.2 基于恢复系数车辆碰撞方程
• 4.2.1 接触位置的确定
• 4.2.2 碰撞模型的建立
• 4.3 基于弹簧阻尼车辆碰撞方程
• 4.3.1 接触位置的确定
• 4.3.2 碰撞模型的建立
• 4.4 本章小结
• 第五章 事故再现和计算结果分析
• 5.1 事故再现及其方法
• 5.2 原始参数下动力学特性分析
• 5.3 参数变化对动力学特性影响分析
• 5.3.1 头车初始角速度变化
• 5.3.2 运行速度变化
• 5.3.3 列车长度变化
• 5.3.4 车辆质量变化
• 5.3.5 制动力变化
• 5.3.6 地面阻力变化
• 5.4 参数敏感度分析
• 5.4.1 各参数对脱轨后运行时间的影响
• 5.4.2 各参数对脱轨数量的影响
• 5.4.3 各参数对最大接触力的影响
• 5.4.4 各参数对最大走行距离的影响
• 5.5 本章小结
• 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文