列车动力学模型研究

第34卷第9期企业技术开发2015年3月Vol 34 No 9TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISEMar.2015列车动力学模型研究白瑞松,王俊国(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:文章主要对列车动力学作分析研究,包括列车纵向动力学建模原理、杌车牽引力和制动力计算、列车钩缓装置力学特性以及列车运行阻力等。关键词:动力学分析;列车牵引力;运行阻力中图分类号:U270.11文献标识码:A文章编号:1006-8937(2015)09-0007-021列车纵向动力学建模基本原理表2SS4B机车与SS4改型机车动力制动性能对比动力制动参数SS4改进型列车纵向动力学主要用来分析列车纵向动力作用。列车纵制动功率5300kW向动力学的基本原理,是在该力学模型的基础上,尽可能全面最大制动力382kN(10~50kmh)382kN(10-50km/h)考虑列车纵向运动的影响因素,将牵引和制动特性、车钩缓冲从上述两表可知,SS4B型机车牵引性能和动力制动性能以及相关的运行阻力均按进行仿真后,再逐个建立机车运动方分别与S型和4改型机车较为接近。程,求解方程后得出纵向运动过程。以单节车辆为研究对象,则施加于车辆上的作用力情况如2机车牵引力的计算图1所示,根据运动学原理,可写出纵向动力学微分方程机车牵引特性是指牵引力随列车速度变化的曲线,不同机mXi=F-F。F+FFDB-F面(1)车的牵引特性也有所不同。4型电力机车的牵引特性曲线如其中:i=1~N图2所示,可以看出该型车最大牵引力为4316kN我国《列车牵引计算规程》并未对机车粘着系数作规定,在列车低速全档位运行时,本文如图2所示,粘着限制曲线插值来计算粘着力在求机车任意时刻t的牵引力时,一般的计算方法是:根据该时刻运行速度v和把位N,查相应类型机车的牵引特性曲线通过插值计算即可得出牵引力F1图1第i节车辆受力分析图妙望机车(设计》外包线若对列车逐节车辆作受力分析,可得到一个非线性二阶微分方程组。为求解该复杂的非线性动力方程组,本文采用了新型的显式积分方法由于我国《牵引计算规程》中并没有SS4B型电力机车的牵图2SS4电力机车的牵引、电阻制动特性曲线引特性曲线、动力制动特性曲线、机车基本运行阻力经验公式等内容,本文中选取Ss4型机车作为仿真牵引机车3列车制动力计算以SS4B型机车为参照的牵引和动力制动参数对比分别见机车和车辆起制动作用的闸瓦产生制动力,制动力的方向表1和表2。与列车运行方向相反,大小可由司机根据实际需要进行调节。表1Ss4B机车与Ss4机车牵引性能对比般情况下,可将列车制动力分为动力制动和空气制动两类动力制动仅以机车为作用对象,机车的动力制动特性、运行速性能参数度等是决定制动力大小的主要因素,动力制动力的计算方法与机车重量2×92t2×92t续功率牵引力计算类似。SS4型电力机车的电阻制动特性曲线如图2所2×3200kW2×3200kW最高运行速度100kmh100 km/h需要说明的是,本文中三种编组的机车电阻制动力均按改持续速度51.5km/h50 km/型机车的电阻制动力外包线插值得来(如图2中虚线所示)。从持续牵引力436.4kN450k图中可以看出,Ss4改进型№声区域,在10~50kmh速度范围低速中国煤化作者简介:白瑞松,西南交通大学机械工程学院的满足保证运行安全的要CNMHG企业技术开发2015年3月列车的空气制动系统主要由机车操纵装置、车辆制动机基fmn(△x)=1(△x)+fb(△r)础制动装置和列车空气管路系统组成。在进行列车制动力仿真时,首先需要对机车车辆数据库中有关的空气制动进行参数建模,然后对列车管定压、列车编组辆数等初始条件进行设置根△x为相邻两车的位移差据车辆定置制动试验台的试验结果,结合线路静置和运行试验△v为相邻两车的速度差。实测数据进行曲线拟合,根据制动缸的压力值、车辆速度和闸5列车的运行阻力瓦摩擦系数等,即可计算出每节车的实际制动力。本文采用实算法对列车制动力进行分析计算。在制动过程在运行过程中,列车与外界相互作用而受到的外力称为运中,全部机车和车辆起制动作用的闸瓦所形成的制动力总和,行阻力,运行阻力的方向和列车运动方向相反。依据运行阻力构成列车制动力。机车车辆类型不同,在制动时闸瓦压力和摩形成的原因,通常列车运行阻力被划分为基本阻力和附加阻力擦系数都不相同,所以为了得出最终的制动力,必须先分别求两类。基本阻力,是指列车在理想平直轨道上运行时,包括起动出各种车辆的制动力时都存在的阻力。由于目前我国没有SS4B机车的基本阻力公设每片闸瓦所受的压力大小分别为K1,K2,…K它们式,故使用Ss4电力机车的基本阻力公式代替。列车在某些路况响应的摩擦系数分别为d,b,……,bn,则列车制动力为:条件下才受到的阻力称为附加阻力,例如列车在坡道和弯道运B=du∑K1+d∑K2+……+d如∑K(2)行时,将分别受坡道阻力和曲线阻力作用。在计算列车阻力时,机车进行制动时,每片闸瓦的实际压力K按下列公式计算:通常都有现成的经验公式可用,例如:对Ss4型电力机车,单位可dP·nPYn基本阻力公式分别为(6)和(7)。n×10°(kN)(3)=2.25+0.0190y+0.000320y2式中=0.92+0.0048v+0.000125v2(7)d为制动缸直径,mm;机车车辆的单位坡道阻力P为制动缸空气压力,kPa机车车辆的曲线阻n为制动装置理论传动效600y为制动倍率为制动缸数asR(≤600ln为闸瓦数。(>1)4车钩缓冲装置的力学特性式中为列车运行速度,km/h缓冲装置对重载列车具有非常重要的作用,在进行纵向动i为坡度千分数;力学仿真时,所有机车车辆的车钩力和加速度均需进行计算。R为曲线半径,mm机车的钩缓系统模型如图3所示l为列车长度,m;lr为曲线长度6结语乃b(x)本文以Ss4型电力机车为研究对象,阐述了列车动力学建模的原理,对列车牵引力和制动力、钩缓装置的力学特性、相关运行阻力等对纵向运动有重要影响的因素进行了讨论和分析行程x(mm)车钩间隙以期为列车动力学相关问题的研究提供参考参考文献翟婉明车辆轨道耦合动力学M北京:科学出版社,200图3缓冲器模型2]王风臣任良抒丁菊霞电力机车牵引计算M成都:西南交通大学出为得出缓冲器特性曲线,需要进行缓冲器静压试验,并结版社,2010合具体的落锤试验特性,在必要时还要进行列车动力学试验。13张中央列车牵引计算北京中国铁道出版社2006凹4]T/T1407-1998列车牵引计算规程Sl车钩缓冲器在加载和卸我时,分别按曲线(x)和(x)进行插5陈大名铁道车辆制动M北京中国铁道出版社205值。本文采用速度法处理钩缓间断点,具体计算公式如下6吴培元,陶强孙德环,等.120型货车空气控制阀的研究试验J中国铁(△x)(Av≥ev)道科学,19934F=m(△x)+[△x)-m(△x)]sgm(△)(=e<△