第34卷第9期企業(yè)技術(shù)開發(fā)2015年3月Vol 34 No 9TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEMar.2015列車動(dòng)力學(xué)模型研究白瑞松,王俊國(guó)(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,四川成都610031)摘要:文章主要對(duì)列車動(dòng)力學(xué)作分析研究,包括列車縱向動(dòng)力學(xué)建模原理、杌車牽引力和制動(dòng)力計(jì)算、列車鉤緩裝置力學(xué)特性以及列車運(yùn)行阻力等。關(guān)鍵詞:動(dòng)力學(xué)分析;列車牽引力;運(yùn)行阻力中圖分類號(hào):U270.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2015)09-0007-021列車縱向動(dòng)力學(xué)建模基本原理表2SS4B機(jī)車與SS4改型機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)性能對(duì)比動(dòng)力制動(dòng)參數(shù)SS4改進(jìn)型列車縱向動(dòng)力學(xué)主要用來(lái)分析列車縱向動(dòng)力作用。列車縱制動(dòng)功率5300kW向動(dòng)力學(xué)的基本原理,是在該力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,盡可能全面最大制動(dòng)力382kN(10~50kmh)382kN(10-50km/h)考慮列車縱向運(yùn)動(dòng)的影響因素,將牽引和制動(dòng)特性、車鉤緩沖從上述兩表可知,SS4B型機(jī)車牽引性能和動(dòng)力制動(dòng)性能以及相關(guān)的運(yùn)行阻力均按進(jìn)行仿真后,再逐個(gè)建立機(jī)車運(yùn)動(dòng)方分別與S型和4改型機(jī)車較為接近。程,求解方程后得出縱向運(yùn)動(dòng)過(guò)程。以單節(jié)車輛為研究對(duì)象,則施加于車輛上的作用力情況如2機(jī)車牽引力的計(jì)算圖1所示,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,可寫出縱向動(dòng)力學(xué)微分方程機(jī)車牽引特性是指牽引力隨列車速度變化的曲線,不同機(jī)mXi=F-F。F+FFDB-F面(1)車的牽引特性也有所不同。4型電力機(jī)車的牽引特性曲線如其中:i=1~N圖2所示,可以看出該型車最大牽引力為4316kN我國(guó)《列車牽引計(jì)算規(guī)程》并未對(duì)機(jī)車粘著系數(shù)作規(guī)定,在列車低速全檔位運(yùn)行時(shí),本文如圖2所示,粘著限制曲線插值來(lái)計(jì)算粘著力在求機(jī)車任意時(shí)刻t的牽引力時(shí),一般的計(jì)算方法是:根據(jù)該時(shí)刻運(yùn)行速度v和把位N,查相應(yīng)類型機(jī)車的牽引特性曲線通過(guò)插值計(jì)算即可得出牽引力F1圖1第i節(jié)車輛受力分析圖妙望機(jī)車(設(shè)計(jì)》外包線若對(duì)列車逐節(jié)車輛作受力分析,可得到一個(gè)非線性二階微分方程組。為求解該復(fù)雜的非線性動(dòng)力方程組,本文采用了新型的顯式積分方法由于我國(guó)《牽引計(jì)算規(guī)程》中并沒有SS4B型電力機(jī)車的牽圖2SS4電力機(jī)車的牽引、電阻制動(dòng)特性曲線引特性曲線、動(dòng)力制動(dòng)特性曲線、機(jī)車基本運(yùn)行阻力經(jīng)驗(yàn)公式等內(nèi)容,本文中選取Ss4型機(jī)車作為仿真牽引機(jī)車3列車制動(dòng)力計(jì)算以SS4B型機(jī)車為參照的牽引和動(dòng)力制動(dòng)參數(shù)對(duì)比分別見機(jī)車和車輛起制動(dòng)作用的閘瓦產(chǎn)生制動(dòng)力,制動(dòng)力的方向表1和表2。與列車運(yùn)行方向相反,大小可由司機(jī)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。表1Ss4B機(jī)車與Ss4機(jī)車牽引性能對(duì)比般情況下,可將列車制動(dòng)力分為動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩類動(dòng)力制動(dòng)僅以機(jī)車為作用對(duì)象,機(jī)車的動(dòng)力制動(dòng)特性、運(yùn)行速性能參數(shù)度等是決定制動(dòng)力大小的主要因素,動(dòng)力制動(dòng)力的計(jì)算方法與機(jī)車重量2×92t2×92t續(xù)功率牽引力計(jì)算類似。SS4型電力機(jī)車的電阻制動(dòng)特性曲線如圖2所2×3200kW2×3200kW最高運(yùn)行速度100kmh100 km/h需要說(shuō)明的是,本文中三種編組的機(jī)車電阻制動(dòng)力均按改持續(xù)速度51.5km/h50 km/型機(jī)車的電阻制動(dòng)力外包線插值得來(lái)(如圖2中虛線所示)。從持續(xù)牽引力436.4kN450k圖中可以看出,Ss4改進(jìn)型№聲區(qū)域,在10~50kmh速度范圍低速中國(guó)煤化作者簡(jiǎn)介:白瑞松,西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的滿足保證運(yùn)行安全的要CNMHG企業(yè)技術(shù)開發(fā)2015年3月列車的空氣制動(dòng)系統(tǒng)主要由機(jī)車操縱裝置、車輛制動(dòng)機(jī)基fmn(△x)=1(△x)+fb(△r)礎(chǔ)制動(dòng)裝置和列車空氣管路系統(tǒng)組成。在進(jìn)行列車制動(dòng)力仿真時(shí),首先需要對(duì)機(jī)車車輛數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)的空氣制動(dòng)進(jìn)行參數(shù)建模,然后對(duì)列車管定壓、列車編組輛數(shù)等初始條件進(jìn)行設(shè)置根△x為相鄰兩車的位移差據(jù)車輛定置制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合線路靜置和運(yùn)行試驗(yàn)△v為相鄰兩車的速度差。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合,根據(jù)制動(dòng)缸的壓力值、車輛速度和閘5列車的運(yùn)行阻力瓦摩擦系數(shù)等,即可計(jì)算出每節(jié)車的實(shí)際制動(dòng)力。本文采用實(shí)算法對(duì)列車制動(dòng)力進(jìn)行分析計(jì)算。在制動(dòng)過(guò)程在運(yùn)行過(guò)程中,列車與外界相互作用而受到的外力稱為運(yùn)中,全部機(jī)車和車輛起制動(dòng)作用的閘瓦所形成的制動(dòng)力總和,行阻力,運(yùn)行阻力的方向和列車運(yùn)動(dòng)方向相反。依據(jù)運(yùn)行阻力構(gòu)成列車制動(dòng)力。機(jī)車車輛類型不同,在制動(dòng)時(shí)閘瓦壓力和摩形成的原因,通常列車運(yùn)行阻力被劃分為基本阻力和附加阻力擦系數(shù)都不相同,所以為了得出最終的制動(dòng)力,必須先分別求兩類?；咀枇?是指列車在理想平直軌道上運(yùn)行時(shí),包括起動(dòng)出各種車輛的制動(dòng)力時(shí)都存在的阻力。由于目前我國(guó)沒有SS4B機(jī)車的基本阻力公設(shè)每片閘瓦所受的壓力大小分別為K1,K2,…K它們式,故使用Ss4電力機(jī)車的基本阻力公式代替。列車在某些路況響應(yīng)的摩擦系數(shù)分別為d,b,……,bn,則列車制動(dòng)力為:條件下才受到的阻力稱為附加阻力,例如列車在坡道和彎道運(yùn)B=du∑K1+d∑K2+……+d如∑K(2)行時(shí),將分別受坡道阻力和曲線阻力作用。在計(jì)算列車阻力時(shí),機(jī)車進(jìn)行制動(dòng)時(shí),每片閘瓦的實(shí)際壓力K按下列公式計(jì)算:通常都有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)公式可用,例如:對(duì)Ss4型電力機(jī)車,單位可dP·nPYn基本阻力公式分別為(6)和(7)。n×10°(kN)(3)=2.25+0.0190y+0.000320y2式中=0.92+0.0048v+0.000125v2(7)d為制動(dòng)缸直徑,mm;機(jī)車車輛的單位坡道阻力P為制動(dòng)缸空氣壓力,kPa機(jī)車車輛的曲線阻n為制動(dòng)裝置理論傳動(dòng)效600y為制動(dòng)倍率為制動(dòng)缸數(shù)asR(≤600ln為閘瓦數(shù)。(>1)4車鉤緩沖裝置的力學(xué)特性式中為列車運(yùn)行速度,km/h緩沖裝置對(duì)重載列車具有非常重要的作用,在進(jìn)行縱向動(dòng)i為坡度千分?jǐn)?shù);力學(xué)仿真時(shí),所有機(jī)車車輛的車鉤力和加速度均需進(jìn)行計(jì)算。R為曲線半徑,mm機(jī)車的鉤緩系統(tǒng)模型如圖3所示l為列車長(zhǎng)度,m;lr為曲線長(zhǎng)度6結(jié)語(yǔ)乃b(x)本文以Ss4型電力機(jī)車為研究對(duì)象,闡述了列車動(dòng)力學(xué)建模的原理,對(duì)列車牽引力和制動(dòng)力、鉤緩裝置的力學(xué)特性、相關(guān)運(yùn)行阻力等對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)有重要影響的因素進(jìn)行了討論和分析行程x(mm)車鉤間隙以期為列車動(dòng)力學(xué)相關(guān)問題的研究提供參考參考文獻(xiàn)翟婉明車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)M北京:科學(xué)出版社,200圖3緩沖器模型2]王風(fēng)臣任良抒丁菊霞電力機(jī)車牽引計(jì)算M成都:西南交通大學(xué)出為得出緩沖器特性曲線,需要進(jìn)行緩沖器靜壓試驗(yàn),并結(jié)版社,2010合具體的落錘試驗(yàn)特性,在必要時(shí)還要進(jìn)行列車動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。13張中央列車牽引計(jì)算北京中國(guó)鐵道出版社2006凹4]T/T1407-1998列車牽引計(jì)算規(guī)程Sl車鉤緩沖器在加載和卸我時(shí),分別按曲線(x)和(x)進(jìn)行插5陳大名鐵道車輛制動(dòng)M北京中國(guó)鐵道出版社205值。本文采用速度法處理鉤緩間斷點(diǎn),具體計(jì)算公式如下6吳培元,陶強(qiáng)孫德環(huán),等.120型貨車空氣控制閥的研究試驗(yàn)J中國(guó)鐵(△x)(Av≥ev)道科學(xué),19934F=m(△x)+[△x)-m(△x)]sgm(△)(=e<△