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1、列車(chē)編組的加長(zhǎng)和軸重的增大對(duì)重載列車(chē)的開(kāi)行帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),列車(chē)縱向沖動(dòng)問(wèn)題、輪軌動(dòng)態(tài)相互作用問(wèn)題及列車(chē)運(yùn)行安全性等問(wèn)題日益突出,特別是列車(chē)縱向沖動(dòng)作用對(duì)輪軌動(dòng)力作用的影響更加明顯。探明列車(chē)縱向沖動(dòng)對(duì)重載列車(chē)和軌道系統(tǒng)的作用方式及影響規(guī)律是亟需開(kāi)展的研究之一。鑒于此,本論文基于列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)理論和車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論,針對(duì)長(zhǎng)大編組的重載列車(chē),開(kāi)展了列車(chē)發(fā)生縱向沖動(dòng)時(shí)重載列車(chē)與軌道的動(dòng)態(tài)相互作用研究。
論文首先從長(zhǎng)大編組重載列
2、車(chē)的運(yùn)營(yíng)條件及力學(xué)關(guān)系出發(fā),分析了列車(chē)車(chē)間相互作用及列車(chē)與軌道系統(tǒng)動(dòng)力相互作用的基本原理,進(jìn)而基于列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)理論和車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論建立了重載列車(chē)-軌道三維耦合動(dòng)力學(xué)模型,具體包括:重載機(jī)車(chē)模型、重載貨車(chē)模型、輪軌動(dòng)態(tài)相互作用模型、軌道系統(tǒng)模型、鉤緩系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型等。其中,針對(duì)常用的電機(jī)軸懸式機(jī)車(chē),機(jī)車(chē)模型考慮了電機(jī)參振、牽引拉桿作用力、驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、車(chē)鉤力等因素,貨車(chē)模型考慮了閘瓦壓力及空氣制動(dòng)力等;輪軌動(dòng)態(tài)相互作用模型考
3、慮了輪軌間可能發(fā)生的大蠕滑現(xiàn)象,給出了蠕滑率和蠕滑力的計(jì)算方法;鉤緩系統(tǒng)建模中,綜合考慮車(chē)鉤縱向力及其引起的橫向和垂向分力。
其次,編制了HTTSISIM仿真分析軟件,用于研究重載列車(chē)與軌道的動(dòng)態(tài)相互作用。針對(duì)大系統(tǒng)軟件的求解,提出了一種求解方法,確定了列車(chē)進(jìn)行三維建模應(yīng)遵循的基本原則。采用與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果比較和同商業(yè)軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比的方法,從組合列車(chē)的縱向沖動(dòng)、S形平面曲線上車(chē)鉤的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、電制動(dòng)條件下重載列車(chē)的動(dòng)力學(xué)特性、曲
4、線上重載貨車(chē)的輪軌作用力及重載軌道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等幾個(gè)方面對(duì)仿真分析軟件進(jìn)行了驗(yàn)證,表明編制軟件分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果能夠較好吻合,可用于重載列車(chē)與軌道動(dòng)力學(xué)的研究。
以我國(guó)較常見(jiàn)的單編萬(wàn)t列車(chē)和2萬(wàn)t組合列車(chē)為例,分析了列車(chē)縱向沖動(dòng)的產(chǎn)生過(guò)程,比較了列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)一維模型與重載列車(chē)三維分析模型在牽引工況、電制動(dòng)工況及空氣制動(dòng)工況下計(jì)算結(jié)果的差異。結(jié)果表明,列車(chē)空氣制動(dòng)時(shí),一維模型和三維模型的計(jì)算結(jié)果相當(dāng),而在起動(dòng)牽引和動(dòng)力制動(dòng)時(shí)兩者
5、略有差別,最大車(chē)鉤力相差不超過(guò)16%。同時(shí),對(duì)軌道不平順引起的列車(chē)縱向沖動(dòng)進(jìn)行了分析,研究表明軌道不平順對(duì)列車(chē)縱向沖動(dòng)的影響較小。結(jié)合列車(chē)牽引及制動(dòng)工況下機(jī)車(chē)車(chē)輛的受力特點(diǎn),對(duì)縱向沖動(dòng)引起的機(jī)車(chē)車(chē)輛輪軌力變化情況進(jìn)行了分析,列車(chē)縱向沖動(dòng)對(duì)輪軌相互作用的影響主要通過(guò)車(chē)鉤力和作用于輪對(duì)上的牽引或制動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)。其中,在車(chē)輛縱垂平面內(nèi),起動(dòng)牽引和動(dòng)力制動(dòng)時(shí)機(jī)車(chē)的軸重轉(zhuǎn)移較為明顯,軸重變化率可達(dá)到10%,而空氣制動(dòng)時(shí),機(jī)車(chē)與貨車(chē)的軸重變化基本在3
6、%以內(nèi);在車(chē)輛縱橫平面內(nèi),車(chē)鉤力和車(chē)鉤擺角的變化對(duì)輪軌力影響顯著,牽引和制動(dòng)力矩對(duì)輪軌力影響較小。
在此基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外重載線路縱斷面坡度及坡度代數(shù)差的實(shí)際情況,在直線線路上設(shè)置了不同類(lèi)型縱斷面的計(jì)算條件,以列車(chē)的空氣制動(dòng)和緩解操縱為研究重點(diǎn),采用HTTSISIM軟件分析比較了各縱斷面條件下單編萬(wàn)t列車(chē)和2萬(wàn)t組合列車(chē)的縱向沖動(dòng)作用、機(jī)車(chē)車(chē)輛的輪軌動(dòng)力作用及軌道系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明,列車(chē)進(jìn)行空氣制動(dòng)時(shí),對(duì)于不同編組列
7、車(chē),最大車(chē)鉤力均出現(xiàn)在貨車(chē)車(chē)鉤部位,但由于貨車(chē)自身具有較強(qiáng)的穩(wěn)鉤能力,車(chē)鉤不會(huì)發(fā)生大幅度的單向性偏轉(zhuǎn),輪軌動(dòng)力作用水平也較低。對(duì)于2萬(wàn)t組合列車(chē),中部機(jī)車(chē)承受了較大壓鉤力,機(jī)車(chē)自身的穩(wěn)鉤能力有限,車(chē)鉤極易發(fā)生單向性偏轉(zhuǎn),引起較大的輪軌作用力,并會(huì)對(duì)與其相鄰的貨車(chē)也產(chǎn)生影響。其中,凹型豎曲線上中部機(jī)車(chē)的輪軌動(dòng)態(tài)相互作用最為劇烈。緩解時(shí),機(jī)車(chē)與貨車(chē)部位的車(chē)鉤基本在對(duì)中位置波動(dòng),輪軌動(dòng)態(tài)相互作用也處于較低水平。
最后,針對(duì)重載鐵路曲
8、線線路,探討了重載車(chē)輛通過(guò)曲線軌道的基本特點(diǎn)。研究表明,車(chē)輛通過(guò)曲線時(shí),前、后轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不同程度的不均勻承載現(xiàn)象,造成這一現(xiàn)象的主要原因是曲線上輪對(duì)、構(gòu)架和車(chē)體所處位置的超高角差不同。以不同形式平縱斷面組合的線路區(qū)段為例,分析了制動(dòng)和緩解條件下萬(wàn)t列車(chē)和2萬(wàn)t組合列車(chē)通過(guò)區(qū)間線路時(shí)產(chǎn)生的縱向沖動(dòng)作用、車(chē)間橫向相互作用及輪軌動(dòng)力相互作用,對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性進(jìn)行了評(píng)判。結(jié)果表明,在小半徑平面曲線上停車(chē)制動(dòng)時(shí),貨車(chē)兩端車(chē)鉤的偏轉(zhuǎn)幅度主
9、要受曲線走向的影響,車(chē)鉤縱向力量值對(duì)其影響不大,但車(chē)鉤縱向力會(huì)因車(chē)鉤擺角的存在轉(zhuǎn)換為輪軌作用力,導(dǎo)致更為劇烈的輪軌動(dòng)力作用。對(duì)于機(jī)車(chē),車(chē)鉤極易擺動(dòng)到極限位置,其車(chē)鉤擺角由兩部分構(gòu)成,包括曲線引起車(chē)鉤擺動(dòng)和機(jī)車(chē)穩(wěn)鉤能力不足導(dǎo)致的車(chē)鉤附加偏轉(zhuǎn)。其中,在凹形豎曲線上,壓鉤力達(dá)到最大,相對(duì)于惰行工況機(jī)車(chē)的輪軸橫向力增大了約45%,同時(shí)軌道結(jié)構(gòu)也發(fā)生較大變形,不利于列車(chē)安全運(yùn)行。列車(chē)在曲線軌道上制動(dòng)緩解時(shí),巨大的拉鉤力促使車(chē)鉤趨于對(duì)中位置,很大程
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