外文翻譯中英文翻譯-重載組合列車在直線上緊急制動的動態(tài)性能,外文,翻譯,中英文,重載,組合,列車,直線,緊急制動,動態(tài),性能,機能 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）外文翻譯重載組合列車在直線上緊急制動的動態(tài)性能Dynamic Performance of Emergency Braking in a Straight Line of Heavy-duty Combined Trains學(xué) 生 姓 名班 級學(xué) 號學(xué) 院 名 稱專 業(yè) 名 稱指 導(dǎo) 教 師摘要為了研究列車的彎曲性能，用數(shù)值方法建立了列車的一維和三維動力學(xué)模型。 一維模型由 210 個簡單的貨車組成，每個貨車只允許縱向運動;而三維模型包括三個復(fù)雜的車廂，縱向，橫向和垂直自由度被考慮在內(nèi)。 結(jié)合 1D 模型在制動條件下的計算結(jié)果，將牽引裝置和制動蹄的行為添加到三維模型中。 對列車彎曲性能的評估側(cè)重于對怠速和制動條件進行比較。 結(jié)果表明：當(dāng)火車在彎道上制動時，輪軌側(cè)向力和脫軌因子大于空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的情況。 由于輪對的偏航運動受到制動蹄的限制，所以車輪沿著車輪踏面的接觸區(qū)比在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下更寬。 此外，隨著曲率變得更加緊密，牽引比顯示出非線性增加的趨勢，無論是在怠速還是制動條件下。 通過增加制動蹄片壓力，列車轉(zhuǎn)向變得更加困難。關(guān)鍵詞：重載列車; 縱向沖動; 緊急制動目 錄1 介紹 .42.計算和分析 82.1 計算和分析 82.2 輪子磨損的力量 92.3 牽引比 93 結(jié)論 .12參考 131介紹隨 著 重 載 鐵 路 的 快 速 發(fā) 展 ， 重 載 列 車 的 貨 車 數(shù) 量 增 加 一 直 是 提 高 運 輸 能 力的 重 要 途 徑 。 但 是 ， 火 車 時 間 越 長 ， 減 速 或 停 車 所 需 的 時 間 就 越 多 。 因 此 ，在 相 鄰 的 貨 車 之 間 可 能 出 現(xiàn) 更 大 的 縱 向 沖 擊 。 基 于 廣 泛 的 理 論 和 實 驗 研 究 ， 發(fā)現(xiàn) 諸 如 車 輛 結(jié) 構(gòu) 損 壞 和 列 車 脫 軌 等 問 題 是 由 列 車 制 動 的 縱 向 脈 沖 引 起 的 。 為 了解 決 這 些 問 題 ， 許 多 學(xué) 者 在 評 估 列 車 性 能 時 ， 特 別 是 列 車 的 彎 曲 性 能 ， 包 括 列車 制 動 條 件 。 Durali和 Ahadmehri [1]研 究 了 在 緊 急 制 動 條 件 下 的 五 車 列 車 的 脫軌 系 數(shù) ， 具 有 完 全 自 由 度 （ DOF） 的 建 模 ， 但 是 計 算 涉 及 過 高 的 計 算 成 本 。 Zhang等 人 [2–4]討 論 了 長 途 重 載 列 車 在 怠 速 ， 牽 引 和 制 動 條 件 下 的 安 全 性 和舒 適 性 指 標 。 他 的 循 環(huán) 變 量 法 被 認 為 是 模 擬 列 車 系 統(tǒng) 動 力 學(xué) 的 低 成 本 方 法 。 Pugi等 人 [5]側(cè) 重 于 成 色 劑 力 和 相 對 減 載 之 間 的 關(guān) 系 。 他 的 工 作 是 使 用 多 體 動力 學(xué) 和 氣 動 方 法 進 行 的 。 馬 等 人 。 [6]， Wu等 人 [7]和 徐 等 人 。 [8]。 表明 ， 當(dāng) 電 動 制 動 器 在 切 線 或 彎 曲 軌 道 上 運 行 時 ， 輪 對 橫 向 力 將 隨 著 車 鉤 壓 縮 和旋 轉(zhuǎn) 而 變 化 。 Cole等 人 [9]。 證 明 了 在 列 車 制 動 期 間 車 輪 載 荷 降 低 ， 其 中 考慮 了 軌 道 車 體 和 轉(zhuǎn) 向 架 之 間 的 點 頭 移 動 。 孫 等 人 。 [10]和 劉 偉 [11]報 道 ， 當(dāng)10,000噸 的 列 車 在 空 氣 制 動 操 作 曲 線 附 近 進 行 時 ， 脫 軌 指 數(shù) 隨 著 車 鉤 偏 轉(zhuǎn) 角 而 變化 。在 這 些 先 前 的 研 究 工 作 中 ， 關(guān) 注 了 牽 引 裝 置 行 為 與 輪 軌 相 互 作 用 之 間 的 關(guān)系 ， 但 制 動 蹄 推 動 輪 面 的 影 響 通 常 不 太 受 關(guān) 注 。 本 研 究 采 用 數(shù) 值 方 法 建 立 了 1D和 3D列 車 的 動 力 學(xué) 模 型 ， 其 中 考 慮 了 牽 引 裝 置 和 制 動 蹄 的 動 力 學(xué) 行 為 。 對 列 車彎 曲 性 能 的 評 估 主 要 集 中 在 怠 速 和 制 動 條 件 之 間 進 行 比 較 。 此 外 ， 這 項 研 究 提供 了 一 種 解 決 列 車 系 統(tǒng) 動 力 學(xué) 中 考 慮 的 快 速 增 長 自 由 的 可 行 方 法 。2個 一 維 列 車 模 型正 在 考 慮 的 列 車 配 備 2輛 HXD2機 車 和 210輛 80貨 車 。 大 秦 線 上 使 用 的 電 力機 車 和 煤 礦 機 車 均 為 25噸 軸 重 的 重 載 貨 車 。 在 一 維 列 車 模 型 中 ， 所 有 汽 車 都 被簡 化 為 只 允 許 縱 向 運 動 的 一 系 列 質(zhì) 量 點 。 每 輛 汽 車 也 受 到 牽 引 裝 置 的 牽 引 力 ，基 本 推 進 力 和 空 氣 制 動 力 。 這 些 力 量 ， 無 論 是 來 自 機 車 還 是 旅 行 車 ， 都 可 以 用不 同 的 方 程 來 描 述 。 而 且 ， 每 臺 機 車 只 增 加 牽 引 力 和 動 力 制 動 力 。 牽 引 力 或動 力 制 動 系 統(tǒng) 很 復(fù) 雜 ， 因 為 需 要 考 慮 許 多 因 素 ， 例 如 輸 出 功 率 有 限 ， 熱 效 應(yīng) 產(chǎn)生 的 扭 矩 有 限 以 及 輪 軌 附 著 力 受 限 。 基 于 上 述 限 制 因 素 ， 牽 引 和 動 態(tài) 制 動 特 性可 以 通 過 對 曲 線 擬 合 分 段 線 性 函 數(shù) 來 實 現(xiàn) ，空 氣 制 動 力 主 要 取 決 于 制 動 缸 內(nèi) 的 壓 力 上 升 值 和 上 升 特 性 還 取 決 于 制 動 管道 中 的 壓 力 降 低 程 度 。 如 圖 所 示 。 2， 制 動 缸 內(nèi) 的 壓 力 增 加 可 以 通 過 空 氣 制 動測 試 中 的 不 同 減 壓 獲 得 。 而 且 ， 由 于 從 一 輛 汽 車 到 另 一 輛 汽 車 的 空 氣 波 ， 上 升的 壓 力 會 受 到 延 遲 和 衰 減 的 影 響 。 因 此 ， 每 輛 汽 車 的 空 氣 制 動 力 可 以 由 下 式 給出其 中 FB是 每 輛 汽 車 的 空 氣 制 動 力 ， n是 制 動 缸 的 數(shù) 量 ， S是 汽 缸 活 塞 的 面 積 ， k是 制 動 杠 桿 ， g是 傳 動 效 率 ， u是 制 動 蹄 的 等 效 摩 擦 系 數(shù) ， 以 及 f（ t） 制 動 油 缸 壓力 升 高 的 功 能 。 基 本 的 推 進 力 通 常 被 定 義 為 跑 步 ， 彎 曲 和 梯 度 阻 力 的 總 和 。 運行 阻 力 由 經(jīng) 驗 公 式 表 示 ， 由 摩 擦 阻 力 和 空 氣 阻 力 組 成 。 彎 曲 阻 力 也 包 括 在 另 一個 只 與 曲 線 半 徑 相 關(guān) 的 經(jīng) 驗 公 式 中 。 梯 度 阻 力 是 車 輛 重 量 的 平 行 分 量 。 因 此基 本 推 力 可 以 定 義 為其 中 FW是 以 牛 頓 為 單 位 的 總 基 本 推 進 力 ， G是 以 千 牛 頓 為 單 位 的 總 車 輛 重 量 ，A， B和 C是 跑 車 阻 力 的 相 關(guān) 系 數(shù) ， V是 以 千 米 /小 時 計 的 汽 車 速 度 ， R是 以 米 為單 位 的 曲 線 半 徑 ， 并 且 i是 梯 度 的 千 分 之 一 。牽 伸 裝 置 的 滯 后 特 性 可 以 用 力 - 位 移 曲 線 表 示 。 如 圖 所 示 。 3， 它 由 耦 合 器松 弛 ， 預(yù) 載 ， 裝 載 線 ， 卸 載 線 和 過 渡 線 來 描 述 。 為 了 從 加 載 到 卸 載 獲 得 穩(wěn) 定 的切 換 響 應(yīng) ， 修 改 的 索 引 控 制 方 法 [12]獲 得 通 過 。根據(jù)上述簡化，利用MATLAB / SIMULINK軟件建立了一維列車動力學(xué)模型[13]。 它只能解決縱向動態(tài)問題。 但是，不管哪列車的火車正在考慮中，可以容易地獲得隨著制動時間而變化的耦合器力和制動蹄片壓力。3個3D列車模型三維列車模型包括三個復(fù)雜的車廂，其縱向，橫向和垂直自由度被考慮在內(nèi)。 每輛旅行車由C80型不銹鋼車身和ZK6型三件式轉(zhuǎn)向架組成。 具體來說，詳細的車輛系統(tǒng)主要由車體，搖枕，側(cè)架，適配器，輪組，車鉤等幾個剛體組成。 它還包含一些剛性和阻尼組件，如橡膠墊，螺旋彈簧，摩擦楔塊，側(cè)軸承，交叉支撐桿和緩沖墊。 另外，F(xiàn)ASTSIM算法被用于計算輪軌的蠕變力。 此外，還考慮了耦合器的動態(tài)特性以及來自制動蹄片壓力的附加限制。 如圖所示。使用 SIMPACK 軟件建立 3D 列車動力學(xué)模型。17 型聯(lián)軸器和 MT-2 型緩沖裝置的機械運動過于復(fù)雜，因此它們的連接簡化為耦合器本體，軛架，從動件和緩沖器等幾個主要組件之間的拓撲關(guān)系。 耦合器和緩沖系統(tǒng)中的拓撲關(guān)系的簡要說明如圖 2 所示。 5.當(dāng)火車繞過一條彎道時，在縱向中心線的方向上，車鉤本體和車身之間會產(chǎn)生一定的角度，但是，受連接器結(jié)構(gòu)尺寸的限制。 一旦角度達到最大值，就會發(fā)生剛性接觸在耦合器肩部和耦合器載體之間，避免過度的橫向偏轉(zhuǎn)。 因此，旋轉(zhuǎn)止動器的恢復(fù)扭矩由下式給出其中 Tb 是恢復(fù)力矩，kb 是恢復(fù)剛度，a旋轉(zhuǎn)角度 h 最大是旋轉(zhuǎn)角度的最大值，符號（a）是 a 的符號函數(shù) 。 如果牽引裝置受到壓縮和旋轉(zhuǎn)，則耦合器的旋轉(zhuǎn)摩擦力將在耦合器尾部的凸面與從動裝置的凹面之間起作用。 摩擦力或扭矩在限制橫向偏轉(zhuǎn)方面起著重要作用，特別是當(dāng)汽車承受大的壓縮力時。 根據(jù)粘滑摩擦理論，旋轉(zhuǎn)摩擦力可表示為如果相對位移大于最大變形，那么其中Fc是耦合器尾部的法向力，f是耦合器尾部的摩擦力，c和d是桿摩擦的等效剛度和阻尼，sij和vij是相對位移和速度，v開關(guān)是桿與滑動摩擦之間的移動速度，l棒是桿摩擦系數(shù)，l滑是桿的摩擦系數(shù)滑動摩擦和符號（vij）是vij的符號函數(shù)。另外，車輪踏面上的制動通常應(yīng)用于三件式轉(zhuǎn)向架。 這種類型的基礎(chǔ)制動索具是包括中間拉桿和單側(cè)制動蹄片的連桿組件。 當(dāng)火車剎車時，每個制動蹄片從內(nèi)側(cè)向外側(cè)推到車輪踏面上。 它不僅減緩了輪組的旋轉(zhuǎn)運動，而且還限制了它的伸展和偏航運動。 在圖1中， 6，當(dāng)轉(zhuǎn)向架在緊密曲線上制動時，由于制動蹄片壓力，導(dǎo)輪和側(cè)架之間的縱向間隙大大減小，所以輪對更難以移動到徑向位置。為了簡化復(fù)雜的傳動機構(gòu)，自由桿，死桿和機構(gòu)的機械關(guān)系迫使制動時間過長。 特別是來自英國的力量制動蹄以及自由或死亡的杠桿必須符合實際的制動杠桿。 另外，閘瓦力可以分解為接觸力和摩擦力2.計算和分析由于添加了來自 1D 列車模型的耦合力和制動蹄壓力，具有詳細建模的 3D列車模型可以解決重載列車的側(cè)向和垂直問題。 在這項研究中，模擬結(jié)果集中在脫軌安全性，車輪磨損功率和牽引比。2.1 計算和分析列車以R300 的圓形曲線運行，并保持其初始速度為60 km / h。 不失一般性地選擇列車的第30輛作為模擬車。 如圖所示。 7，當(dāng)行車制動被操作時，來自相鄰車輛的耦合力顯示出類似的趨勢。 但是，壓力降低50kPa時成色劑力的變化與壓力下的不同。減少140千帕。 重要的是，后者造成的縱向沖動要大得多。為了研究耦合器和制動蹄的影響，建立了單車模型和列車模型。 這些模型在美國鐵路五級不規(guī)則模型的軌道上進行了模擬。 輪軌側(cè)向力，脫軌系數(shù)和車輪卸載率的結(jié)果如圖2所示。 8。 由于耦合器壓縮和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加側(cè)向力，列車模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)分別比單車模型高7.1％和7.8％。 由于制動蹄壓力附加的偏航約束，列車制動模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)均大于列車空轉(zhuǎn)模型。 特別是，當(dāng)列車管道中的減壓設(shè)定為140kPa時，輪軌橫向力和脫軌系數(shù)增加約4.3％和4.5％。 由于聯(lián)軸器或制動蹄在垂直方向上的影響非常小，因此在所有運行條件下，車輪卸載率幾乎保持不變。 與耦合力相比，制動蹄的壓力效應(yīng)相對較弱，但仍然是降低脫軌安全性的重要因素。2.2 輪子磨損的力量在工程中應(yīng)用時，車輪磨損功率通常用于評估輪軌接觸點的摩擦功。 更嚴重的磨損通常發(fā)生在緊密的曲線上，因此，在 R300 的 S 型曲線上模擬了導(dǎo)輪的磨損功率， 列車制動模型中的車輪踏面比列車空轉(zhuǎn)模型寬。 由于導(dǎo)輪組的偏航運動受到制動蹄的限制，因此迎角減小是不可避免的。 同時，隨著火車減速，平均磨損功率下降。 然而，當(dāng)在彎道上操作列車制動時，在法蘭的根部發(fā)生更嚴重的磨損是不可避免的。2.3 牽引比在曲線談判期間，輪軌的蠕變力不能被視為僅僅是指導(dǎo)的驅(qū)動力[14, 15]，但也是牽引的滾動阻力。 因此，適當(dāng)?shù)娜渥儣l件有助于保持更安全的轉(zhuǎn)向能力和更低的能耗。 自2010年以來，運輸技術(shù)Center，Inc.由美國鐵路協(xié)會負責(zé)開發(fā)和評估用于重載貨車的更好的三件式轉(zhuǎn)向架。 其中一個重要目標是降低轉(zhuǎn)向操作中的輪軌滾動阻力。 基于大量的理論和實驗研究[16, 17]，牽引比T / N被定義為滾動阻力的定量指標，其與導(dǎo)向輪和低軌之間的相互作用力相關(guān)聯(lián)。 具體的定義可以表示為其中Tx是縱向蠕變力，Ty是側(cè)向蠕變力，T是總?cè)渥兞Γ琋是輪軌的接觸力，f11是縱向蠕變系數(shù)，f 22為側(cè)向蠕變系數(shù)，f23為自旋蠕變系數(shù)，k為車輪踏面的等效錐度，T / N為牽引比，yw和uw為橫向和偏航位移y_w和u_w是輪對的橫向和橫向偏航速度，r0是車輪半徑，v是輪對的前進速度。如圖所示。 10，彎曲軌道上的牽引比明顯大于切線軌道上的牽引比，因為前者值由后者和由曲率引起的附加值組成。 過渡曲線上的牽引比稍大于圓形曲線上的牽引比，并且是由列車從過渡曲線向圓曲線移動期間的離心加速度引起的。 當(dāng)列車進入圓形曲線時，牽引比逐漸穩(wěn)定在一個恒定值。通常，切線電阻的影響應(yīng)從曲線電阻結(jié)果中去除，以確定僅由彎曲產(chǎn)生的合成電阻[18]。 因此，在圓形曲線上模擬以下分析，并且選擇最終穩(wěn)定值作為彎曲阻力的牽引比。數(shù)字 11 表明牽引比率隨著曲率的不同而變化，其中越高意味著曲線越緊密[19]。 隨著曲率收緊，無論是在怠速還是在制動狀態(tài)下，牽引比都呈非線性增加趨勢。 當(dāng)火車制動被操作時，前輪和后輪被車閘限制。 結(jié)果，縱向位移從自由和彈性變形不再有助于轉(zhuǎn)向。 另外，牽引比隨著制動蹄片壓力的增加而略微增加。 雖然從制動蹄片壓力的影響每輛車的滾動阻力非常小，對評估重載列車的整體能耗具有重要意義。3結(jié)論(1) 由于來自車鉤壓縮和旋轉(zhuǎn)的附加側(cè)向力，列車模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)比單車模型中的高出7.1％和7.8％。 由于制動蹄片壓力附加的偏航制約，列車制動模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)在壓力降低140kPa時比列車空轉(zhuǎn)模型中的高出4.3％和4.5％。(2) 列車模型的磨損功率大于單車模型，但兩種模型的分布特征幾乎相同。 不幸的是，列車制動模型中車輪輪面接觸的范圍比列車空轉(zhuǎn)模型寬。(3) 隨著曲率收緊，無論是在怠速還是在制動狀態(tài)下，牽引比都呈非線性增加趨勢。 另外，牽引比隨著制動蹄片壓力的增加而略微增加。參考1. 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Tournay H（2013）在北美開發(fā)和評估下一代集成貨運卡車設(shè)計。 第10屆國際重載會議，新德里，第713-721頁17. 運輸技術(shù)中心，公司（2013年）第18屆年度AAR研究評論。 普韋布洛：美國鐵路協(xié)會18. 美國鐵路協(xié)會（2007）AAR M-976-2006鐵路車輛性能。 AAR安全與運營，華盛頓特區(qū)19. 美國鐵路協(xié)會（2007）AAR M-1001-2007貨運車輛的設(shè)計，制造和建造。 AAR安全與運營，華盛頓特區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）外文翻譯重載組合列車在直線上緊急制動的動態(tài)性能Dynamic Performance of Emergency Braking in a Straight Line of Heavy-duty Combined Trains學(xué) 生 姓 名班 級學(xué) 號學(xué) 院 名 稱專 業(yè) 名 稱指 導(dǎo) 教 師摘要為了研究列車的彎曲性能，用數(shù)值方法建立了列車的一維和三維動力學(xué)模型。 一維模型由 210 個簡單的貨車組成，每個貨車只允許縱向運動;而三維模型包括三個復(fù)雜的車廂，縱向，橫向和垂直自由度被考慮在內(nèi)。 結(jié)合 1D 模型在制動條件下的計算結(jié)果，將牽引裝置和制動蹄的行為添加到三維模型中。 對列車彎曲性能的評估側(cè)重于對怠速和制動條件進行比較。 結(jié)果表明：當(dāng)火車在彎道上制動時，輪軌側(cè)向力和脫軌因子大于空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的情況。 由于輪對的偏航運動受到制動蹄的限制，所以車輪沿著車輪踏面的接觸區(qū)比在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下更寬。 此外，隨著曲率變得更加緊密，牽引比顯示出非線性增加的趨勢，無論是在怠速還是制動條件下。 通過增加制動蹄片壓力，列車轉(zhuǎn)向變得更加困難。關(guān)鍵詞：重載列車; 縱向沖動; 緊急制動目 錄1 介紹 .42.計算和分析 82.1 計算和分析 82.2 輪子磨損的力量 92.3 牽引比 93 結(jié)論 .12參考 131介紹隨 著 重 載 鐵 路 的 快 速 發(fā) 展 ， 重 載 列 車 的 貨 車 數(shù) 量 增 加 一 直 是 提 高 運 輸 能 力的 重 要 途 徑 。 但 是 ， 火 車 時 間 越 長 ， 減 速 或 停 車 所 需 的 時 間 就 越 多 。 因 此 ，在 相 鄰 的 貨 車 之 間 可 能 出 現(xiàn) 更 大 的 縱 向 沖 擊 。 基 于 廣 泛 的 理 論 和 實 驗 研 究 ， 發(fā)現(xiàn) 諸 如 車 輛 結(jié) 構(gòu) 損 壞 和 列 車 脫 軌 等 問 題 是 由 列 車 制 動 的 縱 向 脈 沖 引 起 的 。 為 了解 決 這 些 問 題 ， 許 多 學(xué) 者 在 評 估 列 車 性 能 時 ， 特 別 是 列 車 的 彎 曲 性 能 ， 包 括 列車 制 動 條 件 。 Durali和 Ahadmehri [1]研 究 了 在 緊 急 制 動 條 件 下 的 五 車 列 車 的 脫軌 系 數(shù) ， 具 有 完 全 自 由 度 （ DOF） 的 建 模 ， 但 是 計 算 涉 及 過 高 的 計 算 成 本 。 Zhang等 人 [2–4]討 論 了 長 途 重 載 列 車 在 怠 速 ， 牽 引 和 制 動 條 件 下 的 安 全 性 和舒 適 性 指 標 。 他 的 循 環(huán) 變 量 法 被 認 為 是 模 擬 列 車 系 統(tǒng) 動 力 學(xué) 的 低 成 本 方 法 。 Pugi等 人 [5]側(cè) 重 于 成 色 劑 力 和 相 對 減 載 之 間 的 關(guān) 系 。 他 的 工 作 是 使 用 多 體 動力 學(xué) 和 氣 動 方 法 進 行 的 。 馬 等 人 。 [6]， Wu等 人 [7]和 徐 等 人 。 [8]。 表明 ， 當(dāng) 電 動 制 動 器 在 切 線 或 彎 曲 軌 道 上 運 行 時 ， 輪 對 橫 向 力 將 隨 著 車 鉤 壓 縮 和旋 轉(zhuǎn) 而 變 化 。 Cole等 人 [9]。 證 明 了 在 列 車 制 動 期 間 車 輪 載 荷 降 低 ， 其 中 考慮 了 軌 道 車 體 和 轉(zhuǎn) 向 架 之 間 的 點 頭 移 動 。 孫 等 人 。 [10]和 劉 偉 [11]報 道 ， 當(dāng)10,000噸 的 列 車 在 空 氣 制 動 操 作 曲 線 附 近 進 行 時 ， 脫 軌 指 數(shù) 隨 著 車 鉤 偏 轉(zhuǎn) 角 而 變化 。在 這 些 先 前 的 研 究 工 作 中 ， 關(guān) 注 了 牽 引 裝 置 行 為 與 輪 軌 相 互 作 用 之 間 的 關(guān)系 ， 但 制 動 蹄 推 動 輪 面 的 影 響 通 常 不 太 受 關(guān) 注 。 本 研 究 采 用 數(shù) 值 方 法 建 立 了 1D和 3D列 車 的 動 力 學(xué) 模 型 ， 其 中 考 慮 了 牽 引 裝 置 和 制 動 蹄 的 動 力 學(xué) 行 為 。 對 列 車彎 曲 性 能 的 評 估 主 要 集 中 在 怠 速 和 制 動 條 件 之 間 進 行 比 較 。 此 外 ， 這 項 研 究 提供 了 一 種 解 決 列 車 系 統(tǒng) 動 力 學(xué) 中 考 慮 的 快 速 增 長 自 由 的 可 行 方 法 。2個 一 維 列 車 模 型正 在 考 慮 的 列 車 配 備 2輛 HXD2機 車 和 210輛 80貨 車 。 大 秦 線 上 使 用 的 電 力機 車 和 煤 礦 機 車 均 為 25噸 軸 重 的 重 載 貨 車 。 在 一 維 列 車 模 型 中 ， 所 有 汽 車 都 被簡 化 為 只 允 許 縱 向 運 動 的 一 系 列 質(zhì) 量 點 。 每 輛 汽 車 也 受 到 牽 引 裝 置 的 牽 引 力 ，基 本 推 進 力 和 空 氣 制 動 力 。 這 些 力 量 ， 無 論 是 來 自 機 車 還 是 旅 行 車 ， 都 可 以 用不 同 的 方 程 來 描 述 。 而 且 ， 每 臺 機 車 只 增 加 牽 引 力 和 動 力 制 動 力 。 牽 引 力 或動 力 制 動 系 統(tǒng) 很 復(fù) 雜 ， 因 為 需 要 考 慮 許 多 因 素 ， 例 如 輸 出 功 率 有 限 ， 熱 效 應(yīng) 產(chǎn)生 的 扭 矩 有 限 以 及 輪 軌 附 著 力 受 限 。 基 于 上 述 限 制 因 素 ， 牽 引 和 動 態(tài) 制 動 特 性可 以 通 過 對 曲 線 擬 合 分 段 線 性 函 數(shù) 來 實 現(xiàn) ，空 氣 制 動 力 主 要 取 決 于 制 動 缸 內(nèi) 的 壓 力 上 升 值 和 上 升 特 性 還 取 決 于 制 動 管道 中 的 壓 力 降 低 程 度 。 如 圖 所 示 。 2， 制 動 缸 內(nèi) 的 壓 力 增 加 可 以 通 過 空 氣 制 動測 試 中 的 不 同 減 壓 獲 得 。 而 且 ， 由 于 從 一 輛 汽 車 到 另 一 輛 汽 車 的 空 氣 波 ， 上 升的 壓 力 會 受 到 延 遲 和 衰 減 的 影 響 。 因 此 ， 每 輛 汽 車 的 空 氣 制 動 力 可 以 由 下 式 給出其 中 FB是 每 輛 汽 車 的 空 氣 制 動 力 ， n是 制 動 缸 的 數(shù) 量 ， S是 汽 缸 活 塞 的 面 積 ， k是 制 動 杠 桿 ， g是 傳 動 效 率 ， u是 制 動 蹄 的 等 效 摩 擦 系 數(shù) ， 以 及 f（ t） 制 動 油 缸 壓力 升 高 的 功 能 。 基 本 的 推 進 力 通 常 被 定 義 為 跑 步 ， 彎 曲 和 梯 度 阻 力 的 總 和 。 運行 阻 力 由 經(jīng) 驗 公 式 表 示 ， 由 摩 擦 阻 力 和 空 氣 阻 力 組 成 。 彎 曲 阻 力 也 包 括 在 另 一個 只 與 曲 線 半 徑 相 關(guān) 的 經(jīng) 驗 公 式 中 。 梯 度 阻 力 是 車 輛 重 量 的 平 行 分 量 。 因 此基 本 推 力 可 以 定 義 為其 中 FW是 以 牛 頓 為 單 位 的 總 基 本 推 進 力 ， G是 以 千 牛 頓 為 單 位 的 總 車 輛 重 量 ，A， B和 C是 跑 車 阻 力 的 相 關(guān) 系 數(shù) ， V是 以 千 米 /小 時 計 的 汽 車 速 度 ， R是 以 米 為單 位 的 曲 線 半 徑 ， 并 且 i是 梯 度 的 千 分 之 一 。牽 伸 裝 置 的 滯 后 特 性 可 以 用 力 - 位 移 曲 線 表 示 。 如 圖 所 示 。 3， 它 由 耦 合 器松 弛 ， 預(yù) 載 ， 裝 載 線 ， 卸 載 線 和 過 渡 線 來 描 述 。 為 了 從 加 載 到 卸 載 獲 得 穩(wěn) 定 的切 換 響 應(yīng) ， 修 改 的 索 引 控 制 方 法 [12]獲 得 通 過 。根據(jù)上述簡化，利用MATLAB / SIMULINK軟件建立了一維列車動力學(xué)模型[13]。 它只能解決縱向動態(tài)問題。 但是，不管哪列車的火車正在考慮中，可以容易地獲得隨著制動時間而變化的耦合器力和制動蹄片壓力。3個3D列車模型三維列車模型包括三個復(fù)雜的車廂，其縱向，橫向和垂直自由度被考慮在內(nèi)。 每輛旅行車由C80型不銹鋼車身和ZK6型三件式轉(zhuǎn)向架組成。 具體來說，詳細的車輛系統(tǒng)主要由車體，搖枕，側(cè)架，適配器，輪組，車鉤等幾個剛體組成。 它還包含一些剛性和阻尼組件，如橡膠墊，螺旋彈簧，摩擦楔塊，側(cè)軸承，交叉支撐桿和緩沖墊。 另外，F(xiàn)ASTSIM算法被用于計算輪軌的蠕變力。 此外，還考慮了耦合器的動態(tài)特性以及來自制動蹄片壓力的附加限制。 如圖所示。使用 SIMPACK 軟件建立 3D 列車動力學(xué)模型。17 型聯(lián)軸器和 MT-2 型緩沖裝置的機械運動過于復(fù)雜，因此它們的連接簡化為耦合器本體，軛架，從動件和緩沖器等幾個主要組件之間的拓撲關(guān)系。 耦合器和緩沖系統(tǒng)中的拓撲關(guān)系的簡要說明如圖 2 所示。 5.當(dāng)火車繞過一條彎道時，在縱向中心線的方向上，車鉤本體和車身之間會產(chǎn)生一定的角度，但是，受連接器結(jié)構(gòu)尺寸的限制。 一旦角度達到最大值，就會發(fā)生剛性接觸在耦合器肩部和耦合器載體之間，避免過度的橫向偏轉(zhuǎn)。 因此，旋轉(zhuǎn)止動器的恢復(fù)扭矩由下式給出其中 Tb 是恢復(fù)力矩，kb 是恢復(fù)剛度，a旋轉(zhuǎn)角度 h 最大是旋轉(zhuǎn)角度的最大值，符號（a）是 a 的符號函數(shù) 。 如果牽引裝置受到壓縮和旋轉(zhuǎn)，則耦合器的旋轉(zhuǎn)摩擦力將在耦合器尾部的凸面與從動裝置的凹面之間起作用。 摩擦力或扭矩在限制橫向偏轉(zhuǎn)方面起著重要作用，特別是當(dāng)汽車承受大的壓縮力時。 根據(jù)粘滑摩擦理論，旋轉(zhuǎn)摩擦力可表示為如果相對位移大于最大變形，那么其中Fc是耦合器尾部的法向力，f是耦合器尾部的摩擦力，c和d是桿摩擦的等效剛度和阻尼，sij和vij是相對位移和速度，v開關(guān)是桿與滑動摩擦之間的移動速度，l棒是桿摩擦系數(shù)，l滑是桿的摩擦系數(shù)滑動摩擦和符號（vij）是vij的符號函數(shù)。另外，車輪踏面上的制動通常應(yīng)用于三件式轉(zhuǎn)向架。 這種類型的基礎(chǔ)制動索具是包括中間拉桿和單側(cè)制動蹄片的連桿組件。 當(dāng)火車剎車時，每個制動蹄片從內(nèi)側(cè)向外側(cè)推到車輪踏面上。 它不僅減緩了輪組的旋轉(zhuǎn)運動，而且還限制了它的伸展和偏航運動。 在圖1中， 6，當(dāng)轉(zhuǎn)向架在緊密曲線上制動時，由于制動蹄片壓力，導(dǎo)輪和側(cè)架之間的縱向間隙大大減小，所以輪對更難以移動到徑向位置。為了簡化復(fù)雜的傳動機構(gòu)，自由桿，死桿和機構(gòu)的機械關(guān)系迫使制動時間過長。 特別是來自英國的力量制動蹄以及自由或死亡的杠桿必須符合實際的制動杠桿。 另外，閘瓦力可以分解為接觸力和摩擦力2.計算和分析由于添加了來自 1D 列車模型的耦合力和制動蹄壓力，具有詳細建模的 3D列車模型可以解決重載列車的側(cè)向和垂直問題。 在這項研究中，模擬結(jié)果集中在脫軌安全性，車輪磨損功率和牽引比。2.1 計算和分析列車以R300 的圓形曲線運行，并保持其初始速度為60 km / h。 不失一般性地選擇列車的第30輛作為模擬車。 如圖所示。 7，當(dāng)行車制動被操作時，來自相鄰車輛的耦合力顯示出類似的趨勢。 但是，壓力降低50kPa時成色劑力的變化與壓力下的不同。減少140千帕。 重要的是，后者造成的縱向沖動要大得多。為了研究耦合器和制動蹄的影響，建立了單車模型和列車模型。 這些模型在美國鐵路五級不規(guī)則模型的軌道上進行了模擬。 輪軌側(cè)向力，脫軌系數(shù)和車輪卸載率的結(jié)果如圖2所示。 8。 由于耦合器壓縮和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加側(cè)向力，列車模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)分別比單車模型高7.1％和7.8％。 由于制動蹄壓力附加的偏航約束，列車制動模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)均大于列車空轉(zhuǎn)模型。 特別是，當(dāng)列車管道中的減壓設(shè)定為140kPa時，輪軌橫向力和脫軌系數(shù)增加約4.3％和4.5％。 由于聯(lián)軸器或制動蹄在垂直方向上的影響非常小，因此在所有運行條件下，車輪卸載率幾乎保持不變。 與耦合力相比，制動蹄的壓力效應(yīng)相對較弱，但仍然是降低脫軌安全性的重要因素。2.2 輪子磨損的力量在工程中應(yīng)用時，車輪磨損功率通常用于評估輪軌接觸點的摩擦功。 更嚴重的磨損通常發(fā)生在緊密的曲線上，因此，在 R300 的 S 型曲線上模擬了導(dǎo)輪的磨損功率， 列車制動模型中的車輪踏面比列車空轉(zhuǎn)模型寬。 由于導(dǎo)輪組的偏航運動受到制動蹄的限制，因此迎角減小是不可避免的。 同時，隨著火車減速，平均磨損功率下降。 然而，當(dāng)在彎道上操作列車制動時，在法蘭的根部發(fā)生更嚴重的磨損是不可避免的。2.3 牽引比在曲線談判期間，輪軌的蠕變力不能被視為僅僅是指導(dǎo)的驅(qū)動力[14, 15]，但也是牽引的滾動阻力。 因此，適當(dāng)?shù)娜渥儣l件有助于保持更安全的轉(zhuǎn)向能力和更低的能耗。 自2010年以來，運輸技術(shù)Center，Inc.由美國鐵路協(xié)會負責(zé)開發(fā)和評估用于重載貨車的更好的三件式轉(zhuǎn)向架。 其中一個重要目標是降低轉(zhuǎn)向操作中的輪軌滾動阻力。 基于大量的理論和實驗研究[16, 17]，牽引比T / N被定義為滾動阻力的定量指標，其與導(dǎo)向輪和低軌之間的相互作用力相關(guān)聯(lián)。 具體的定義可以表示為其中Tx是縱向蠕變力，Ty是側(cè)向蠕變力，T是總?cè)渥兞?，N是輪軌的接觸力，f11是縱向蠕變系數(shù)，f 22為側(cè)向蠕變系數(shù)，f23為自旋蠕變系數(shù)，k為車輪踏面的等效錐度，T / N為牽引比，yw和uw為橫向和偏航位移y_w和u_w是輪對的橫向和橫向偏航速度，r0是車輪半徑，v是輪對的前進速度。如圖所示。 10，彎曲軌道上的牽引比明顯大于切線軌道上的牽引比，因為前者值由后者和由曲率引起的附加值組成。 過渡曲線上的牽引比稍大于圓形曲線上的牽引比，并且是由列車從過渡曲線向圓曲線移動期間的離心加速度引起的。 當(dāng)列車進入圓形曲線時，牽引比逐漸穩(wěn)定在一個恒定值。通常，切線電阻的影響應(yīng)從曲線電阻結(jié)果中去除，以確定僅由彎曲產(chǎn)生的合成電阻[18]。 因此，在圓形曲線上模擬以下分析，并且選擇最終穩(wěn)定值作為彎曲阻力的牽引比。數(shù)字 11 表明牽引比率隨著曲率的不同而變化，其中越高意味著曲線越緊密[19]。 隨著曲率收緊，無論是在怠速還是在制動狀態(tài)下，牽引比都呈非線性增加趨勢。 當(dāng)火車制動被操作時，前輪和后輪被車閘限制。 結(jié)果，縱向位移從自由和彈性變形不再有助于轉(zhuǎn)向。 另外，牽引比隨著制動蹄片壓力的增加而略微增加。 雖然從制動蹄片壓力的影響每輛車的滾動阻力非常小，對評估重載列車的整體能耗具有重要意義。3結(jié)論(1) 由于來自車鉤壓縮和旋轉(zhuǎn)的附加側(cè)向力，列車模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)比單車模型中的高出7.1％和7.8％。 由于制動蹄片壓力附加的偏航制約，列車制動模型中的輪軌側(cè)向力和脫軌系數(shù)在壓力降低140kPa時比列車空轉(zhuǎn)模型中的高出4.3％和4.5％。(2) 列車模型的磨損功率大于單車模型，但兩種模型的分布特征幾乎相同。 不幸的是，列車制動模型中車輪輪面接觸的范圍比列車空轉(zhuǎn)模型寬。(3) 隨著曲率收緊，無論是在怠速還是在制動狀態(tài)下，牽引比都呈非線性增加趨勢。 另外，牽引比隨著制動蹄片壓力的增加而略微增加。參考1. Durali M， Shadmehri B（2003）非線性分析在嚴重制動中的列車脫軌。 J Dyn Syst Meas Contr 125（1）：48-532. Zhang WH，Chi MR ， Zeng J 2005一種新的列車動力學(xué)仿真方法。 第8屆國際重載會議，里約熱內(nèi)盧，第773-778頁3. Chi MR，Zhang WH ， Zeng J et al（2007）輕型車輛和重型車輛對列車穩(wěn)定性的混合編組影響。 J Traffic Transp Eng 7（ 2）：10-13 （中文）4. Chi MR，Jiang YP，Zhang WH et al（2011）系統(tǒng)動力學(xué)長而重的拖車列車。 J Traffic Transp Eng 11（3）：34-40 （中文）5. Pugi L，Rindi A，Ercole AG et al（2011）初步研究涉及在意大利貨運列車上應(yīng)用不同的制動裝置。 Veh Syst Dyn 49（8）：1339-13656. Ma WH，Luo SH ，Song RR（2012）重載機車的耦合器動態(tài)性能分析。 Veh Syst Dyn 50（9）：1435-14527. 吳Q，羅上海，許志琦等（ 2013）機車在切線軌道上的折疊和脫軌。 Veh Syst Dyn 51（11）：1784-18008. 許志勤，Ma WH，吳Q等人（2013）耦合器自轉(zhuǎn)行為及其對重載列車的影響。 Veh Syst Dyn 51（12）：1818-18389. Cole C，Spiryagin M， Sun YQ（2013）評估復(fù)雜列車系統(tǒng)中的貨車穩(wěn)定性。 Int J Rail Transp 1（ 4）：193-21710. Sun SL，Li F，Huang YH et al （2013）數(shù)值模擬沖擊對重載列車的影響。 J Vib Shock 32（10）：69-73（中文）11. 劉S，魏偉（2014）非穩(wěn)態(tài)影響模型研究重載列車的安全運行。 J Mech Eng 50（10）：127-142（中文）12. Chang CY，Wang CG，Ma DW et al （2006）數(shù)值研究T20,000重載的縱向力分析。 J China Railw Soc 28（2）：89-94（中文）13. Yang LL，Luo SH，F(xiàn)u MH et al（2014）lon-2萬噸重型組合列車的縱向沖動。 電動驅(qū)動器3：34-39（中文）14. Wang FT（1994）車輛系統(tǒng)動力學(xué)。 中國鐵路出版社，北京15. Yan JM，F(xiàn)u MH（2008）車輛工程。 中國鐵道出版社，北京16. Tournay H（2013）在北美開發(fā)和評估下一代集成貨運卡車設(shè)計。 第10屆國際重載會議，新德里，第713-721頁17. 運輸技術(shù)中心，公司（2013年）第18屆年度AAR研究評論。 普韋布洛：美國鐵路協(xié)會18. 美國鐵路協(xié)會（2007）AAR M-976-2006鐵路車輛性能。 AAR安全與運營，華盛頓特區(qū)19. 美國鐵路協(xié)會（2007）AAR M-1001-2007貨運車輛的設(shè)計，制造和建造。 AAR安全與運營，華盛頓特區(qū)