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原文传递重载列车纵向动力学建模研究

论文题名：	重载列车纵向动力学建模研究
关键词：	重载列车;纵向动力学;车钩缓冲系统模型;空气制动系统;气体动力学;有限元方法
摘要：	发展重载运输已经成为中国乃至全世界铁路货物运输的主攻方向，然而随着列车牵引重量的提升和编组长度的增加，导致其纵向冲动问题十分突出，加重了断钩或挤压脱轨等危险倾向。因此，深入研究列车纵向动力学问题，完善分析模型，对车辆的合理设计、安全操纵和优化等具有重要的指导意义。　　基于上述背景，本论文研究了列车纵向动力学模型建立方法，提出了一个基于非惯性坐标系的车钩缓冲系统模型，建立了一个基于有限元和多体理论的重载货车空气制动系统数学模型，完善了列车纵向动力学问题的研究理论和方法，主要完成的研究工作有以下几个方面: 　　1.建立了轨道坐标系下的列车纵向动力学模型，其中的车钩力用缓冲器落锤试验动态挠力特性曲线插值产生，不同工况下的制动力通过制动机室内静置试验获得的列车编组中每个制动缸的升压曲线换算得出，不同位置制动缸的延时时间也取自相应曲线的水平段。利用建立的模型研究了典型工况下，缓冲器性能参数、列车牵引吨位以及车钩间隙对列车纵向冲动的影响。　　2.提出了一个全新的基于非惯性坐标系的车钩缓冲系统模型，该模型可以在不影响列车纵向动力学方程的基础上，利用准静态平衡假设，在求解列车纵向运动的同时，获得包括车钩相对车体转动位移在内的车钩缓冲系统各组成部件自身非线性运动特点。　　3.按照空气流体动力学的连续介质力学理论，建立了一个包括漏泄和管壁摩擦损耗在内的列车管数学模型，获得了列车管随时间和列车管长度坐标变化的压力/速度耦合偏微分方程组，并采用有限元方法来求解该偏微分方程组。建立了基于完全气体状态方程的车辆制动单元数学模型，与列车管模型一起，构成了一个新的基于有限元和多体理论的重载货车空气制动系统数学模型，并以此作为列车纵向动力学分析中制动力的模拟。　　4.建立了轨道坐标系下的大秦线2万t重载列车纵向动力学模型，其中制动力采用本文提出的基于有限元和多体系统的列车制动系统数学模型来表述，研究了重载列车采用Locotrol技术的必要性以及需要注意的问题，实测大秦线2万t重载列车全程运行的车钩载荷—时间历程，并选择其中一个典型制动过程进行了实测数据与仿真数据的比较，发现两种方法下得到的结果规律一致，表明本文提出的列车纵向动力学模型正确、合理。
作者：	丁莉芬
专业：	车辆工程
导师：	谢基龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文