货车连挂方式对万吨重载列车循环制动过程纵向冲动影响分析

基于纵向动力学理论,分析了货车连挂分别采用车钩、两连挂和三连挂的3种万吨重载列车编组在长大下坡道上循环制动过程中的纵向冲动特征,结果表明:3种列车编组循环制动周期内车钩力和加速度沿列车方向分布规律一致,其最大拉钩力和最大压钩力均出现在列车中部,最大加速度出现在列车端部;列车循环制动过程中的最大车钩力出现在制动缓解后,车钩力呈现出"先拉后压"的趋势;制动初速对循环制动过程中的纵向冲动影响较小,其纵向车钩力和加速度均随车钩间隙增大而增大。实际运用中应根据线路条件合理搭配使用牵引杆,兼顾其启动和曲线通过能力。     

3万吨列车编组方案车钩力研究

重载列车事故多与车钩力过大相关,降低车钩力是重载列车最需优先考虑的因素。本文利用列车纵向动力学仿真系统,仿真分析了3万吨列车各种编组模式的车钩力水平。根据列车运行使用常用制动和可能的最大车钩力发生工况,选择常用制动减压50 kPa制动停车、常用制动减压170 kPa、紧急制动和常用制动减压50k Pa后缓解四种工况分析各种编组列车车钩力水平。计算结果表明,3万吨重载列车车钩力最优编组方案为1+108+1+108+1+108+1,常用制动减压50 kPa、170 kPa和紧急制动最大压钩力分别为-426 kN、-900 kN、-1447 kN,常用制动减压50 kPa后缓解最大拉钩力为446 kN。1+162+1+162+1编组方案次之,1+1+1+324编组方案不适合3万吨列车。     

车钩间隙对货运列车车钩力的影响研究

分析了一定车钩间隙下牵引杆的使用对车钩力的影响。根据讨论得出,同样工况下,车钩间隙越大车钩力越大,对列车运行越不利。牵引杆的使用可有效降低车钩力。并结合实际运用情况,给出了牵引杆的使用建议     

重载列车安全运行非稳态冲动模型研究

在列车空气制动与纵向动力学联合仿真模型基础上,建立以车辆质点运行轨迹为自然坐标系的纵向作用力传递模型。建立线路模型求得连挂车辆处在线路中的位置坐标,应用双向逼近法求解心盘处坐标。将车体与车钩位置坐标构造成矢量,采用数量积与矢量积方法分别求解车钩摆角的大小和方向。再基于缓冲器与车钩间力的作用关系,求解车钩横向和垂向分力。应用力矩平衡原理建立准静态车辆模型,参考单轮对脱轨评价指标对列车运行安全性进行评估。对运行在大秦铁路上单编万吨列车进行仿真,分析列车制动、线路条件、列车运行速度等综合因素对安全指标的影响。着重分析列车冲动的机理,为列车安全平稳操纵提供参考。该系统实现了同步仿真计算列车操纵中制动、纵向冲动、线路运行条件及脱轨安全性指标等与列车运行相关的重要数据,并能够同步显示。     

空重车混合编组方式对重载列车纵向力的影响

建立了1万吨级重载列车纵向动力学仿真模型,使用Runge-Kutta法对其运动微分方程进行了求解,并编制了Fortran软件求解程序。以紧急制动工况为例,比较了不同空重车编组方式与纯重车的车钩最大压缩力．对不同牵引方式下的空重车混编提出了合理建议．有助于提高列车运行安全性能。     

列车纵向冲动仿真建模的研究

列车纵向动力学性能是影响列车运行质量和运行安全的重要因素。制动工况变换则是导致列车冲动的主要原因。针对列车在制动工况下的纵向动力学分析，详细论述了列车纵向冲动仿真建模的过程。在Matlab／Simulink仿真模块中，可以计算出每节车体的加速度及车钩力大小，为进一步分析并减轻列车纵向冲动提供了理论基础。     

基于同步控制的重载列车纵向力仿真与研究

针对解决列车运输能力局限性的问题,对开行万吨重载列车进行了研究.通过建立列车纵向力模型,主要考虑车钩间隙与空气阻力两个影响因素,利用Matlab仿真的方法研究了车钩的受力情况与规律;在仿真的结果上对重载列车的同步控制性能进行了评价,引入了Markov策略以优化同步无线传输性能;结合1＋1＋1万吨列车的实际试验结果与数据,比较了仿真模拟结果与试验值,研究结果表明,两者基本上吻合,在实际运行线路中加入优化策略是可行的,能够实现对同步控制性能大幅度地优化,为进一步优化长大重载列车的同步控制性能奠定了基础.     

考虑轮轨黏着变化的货运列车纵向动力学仿真

为研究黏着系数对纵向动力学的影响,建立“1+1”型2万吨重载组合列车计算模型,引入剩余黏着力评价机车牵引力的发挥,研究了黏着限制、曲线黏降及曲线润滑因素影响下的黏着系数变化及其可能引发的列车纵向动力学性能差异。结果表明：在直线牵引工况下列车牵引力提升由于黏着限制而变缓慢,所发挥最大牵引力下降,单机车最大牵引力由380 kN限制到272 kN,拉钩力最大值由800 kN减小到595 kN;在R400 m小曲线牵引工况下,牵引力应从第7档位降低到第6档位,确保机车安全通过;考虑曲线润滑时,牵引档位更低：摩擦因数为0.075和0.10时机车降低档位对应为第2,3档位;摩擦因数为0.125时头部和中部机车通过曲线需分别降低到第4,3档位。由于曲线牵引各工况下发挥的最大牵引力相同,拉钩力最大值差异较小。在纵向动力学计算中,列车牵引力利用和黏着系数变化密切相关,轮轨黏着不足将限制机车能发挥的最大牵引力,进而影响车钩力大小。     

长大坡道对货物列车纵向动力学特性的影响研究

为研究特定编组下长大坡道对货物列车纵向动力学性能的影响,利用SIM PACK动力学分析软件建立列车纵向动力学模型,分析研究了坡道牵引启动工况与紧急制动工况下的列车纵向动力学性能并做了分析对比,经研究认为在牵引启动工况与紧急制动工况下列车的纵向动力学性能均符合要求.     

朔黄铁路重载列车线路适应性仿真研究

为了明确重载列车对朔黄铁路的适应性,利用"斜楔-弹簧"简化方法建立了摩擦式缓冲器模型。模型仿真与实测数据的对比结果具有较高的一致性,表明该缓冲器模型可有效模拟缓冲器动态行为。基于实验数据拟合得到的经验公式,建立了列车空气制动模型并验证了模型的正确性。通过动力学仿真的方法,分析了重载列车在朔黄铁路上运行的全程车钩力,并研究了列车在坡道上的纵向动力学特性。结果表明:几次较大车钩力发生时,列车均位于下凹型变坡道上;列车在变坡道紧急制动的最大车钩力大于平直道。理论计算表明,变坡道也会引起车钩压力,是造成纵向冲动变大的原因,坡度差越大产生的车钩力越大,且和列车制动的位置有关。对不同坡度组合的变坡道进行列车制动仿真,验证了纵向冲动是列车制动不同步及坡道共同作用的结果,两部分产生的车钩压力叠加可得到列车在变坡道上制动产生的车钩力。     

基于差动行星轮系的重载软启动系统的动力学分析

差动行星轮系能够对运动进行合成和分解.采用差动行星轮系的运动合成功能,并利用磁粉制动器控制差动轮系的运动,可以控制重载启动的过程并实现软启动.对启动过程进行分析,并建立了启动过程的动力学模型.在已知磁粉制动器的输出力矩函数时,可将连续系统的微分方程形式转化为差分形式的状态方程进行求解仿真;若给定负载的速度曲线,则可通过数值方法求得磁粉制动器力矩函数.通过对某软启动装置进行仿真,得出在负载保持不变的情况下,当磁粉制动器的输出力矩均匀增加时,负载启动过程并不平稳;要使负载启动平稳,需要在力矩增大到一定程度之后逐渐减小,给出了能使负载平稳启动的力矩施加函数.     

扰流板安装方向对高速列车的气动性能影响

采用结构网格对计算区域进行离散,采用DES湍流数值模拟方法,研究高速列车尾部横向、竖向或斜向地安装扰流板对车的气动性能影响,找出扰流板安装的合理方向。研究结果表明:安装横向或竖向扰流板后,尾部的气动阻力变大,升力减小,而安装斜向扰流板后,尾部的气动阻力与升力均减小。因此,列车尾部扰流板的合理方向为斜向安装。     

应用差动轮系-磁粉制动器可控启动系统研究

运用差动轮系和磁粉制动器实现重载机械可控启动 ,由于差动轮系可以对运动进行复合和磁粉制动器制动力矩可调 ,使电动机空载启动 ,并按最佳启动曲线可控加载     

Numerical analysis on meshing friction characteristics of nano-gear train

The objective of this research work is to provide a systematic method to perform molecular dynamics simulation or evaluation for meshing friction properties approach of micro/nano-gear train in MEMS. A model for meshing friction of micro/nano-gear train is proposed by using molecular dynamics based on investigation about a pair of meshing nano-teeth. The results show that the frictional characteristics in single meshing region are similar to the situation in the normal macro-gears meshing; however, the zero fictional force is not shown on the node of meshing. The maximum of the frictional force becomes larger and larger and the minimum of the frictional force becomes smaller and smaller when the number of the atomic layer in z direction increases. So the curve of the frictional force becomes steeper than the situation in normal macro-gears meshing. The maximum and the minimum of the frictional force are all invariable but the curve of the frictional force becomes steeper when the angular velocity of the powered gear increases. In the other case, there are no any changes in curve of the frictional force when the resisting torque increases.     

Stabilizing Mechanism and Running Behavior of Couplers on Heavy Haul Trains

Published studies in regard to coupler systems have been mainly focused on the manufacturing process or coupler strength issues. With the ever increasing of tonnage and length of heavy haul trains, lateral in-train forces generated by longitudinal in-train forces and coupler rotations have become a more and more significant safety issue for heavy haul train operations. Derailments caused by excessive lateral in-train forces are frequently reported. This article studies two typical coupler systems used on heavy haul locomotives. Their structures and stabilizing mechanism are analyzed before the corresponding models are developed. Coupler systems models are featured by two distinct stabilizing mechanism models and draft gear models with hysteresis considered. A model set which consists of four locomotives and three coupler systems is developed to study the rotational behavior of different coupler systems and their implications for locomotive dynamics. Simulated results indicate that when the locomotives are equipped with the type B coupler system, locomotives can meet the dynamics standard on tangent tracks; while the dynamics performance on curved tracks is very poor. The maximum longitudinal in-train force for locomotives equipped with the type B coupler system is 2000 kN. Simulations revealed a distinct trend for the type A coupler system. Locomotive dynamics are poorer for the type A case when locomotives are running on tangent tracks, while the dynamics are better for the type A case when locomotives are running on curved tracks. Theoretical studies and simulations carried out in this article suggest that a combination of the two types of stabilizing mechanism can result in a good design which can significantly decrease the relevant derailments.     

高速列车单车通过隧道压力波的研究

采用计算流体力学的数值计算方法对基于三维、瞬态、可压缩Navier-Stokes方程和κ-ε两方程紊流模型进行求解,模拟高速列车单车通过隧道时列车外流场的特性,分析高速列车单车通过隧道的压力波特性及阻力变化规律。结果表明列车单车通过隧道的压力波最小负压值与速度为二次函数的关系,列车阻力主要由压差阻力构成。研究结果可为解决隧道空气动力学问题提供参考依据。