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组合式重载列车中部机车运行安全性研究

邹瑞明  
【摘要】:对于组合式重载列车,其中部机车在运行过程中的环境较为恶劣,过大的纵向冲动容易引发列车脱轨、结构失效、脱钩分离等安全事故,调研结果也表明,钩缓装置对重载列车的运行安全性有着较大的影响。为了明确组合式重载列车中部机车在不同工况下的运行安全性,本文首先根据理论分析和车钩本身的结构特性建立了内电车钩的动力学仿真模型,然后采用子结构法建立了由中部机车及其相邻敞车组成的短编组列车模型,通过该短编组列车模型定性分析了机车与车钩的匹配关系,最后将该详细的短编组列车模型引入列车纵向动力学简化模型,从而组建了能够反映中部机车动力学特性及钩缓装置动态行为的列车动力学模型,并通过动力学仿真的方法明确了不同工况下组合式重载列车纵向冲动的分布规律及其对中部机车运行安全性的影响,主要工作及结论如下所示:1、基于古典摩擦定律对内电车钩的钩尾摩擦状态进行了理论分析,结果表明内电车钩的稳钩能力主要取决于钩尾的摩擦状态,并推导了车钩临界转角的理论计算公式,当车钩转角低于临界值时,车钩处于稳钩状态,当车钩转角超出临界值时,其钩尾摩擦面在纵向压钩力的作用下极易发生相对滑动,并导致车钩的失稳;2、通过对机车承压安全性的定性分析可知,钩尾摩擦状态对内电车钩的承压稳定性具有极大的影响,提高钩尾摩擦系数能够有效提高内电车钩的承压稳定性,另外,合理改变机车和钩缓装置的结构参数能够限制车钩的偏转行为,因此在设计阶段应当充分考虑机车与钩缓装置的匹配合理性;3、通过对组合式重载列车的动力学仿真分析表明,保证钩缓装置的承压稳定性是确保中部机车运行安全性的前提条件,但就列车纵向动力学的角度来说,保证列车通讯信号的稳定可靠、安装可控列尾装置、避免列车在拉伸或低速状态下实施紧急制动能够有效降低列车的纵向冲动;4、通过对机车车辆连挂车钩的仿真分析表明,当车钩受拉或承压时,连挂面之间会产生法向接触力和切向摩擦力以限制连挂钩头之间的相对运动,当连挂车钩处于间隙松动的瞬间,机车车辆的相对振动和轨道不平顺所引起的较大振动,容易导致机车车辆脱钩分离事故的发生,但从仿真结果来看,该类事故具有一定的偶然性,减小机车车辆之间的钩高差,增设车钩下防脱止挡等措施能够有效避免这一偶然现象的出现。


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