制动系统对列车纵向冲动的影响毕业论文.pdf
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1、湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响前言为了提高 铁 路 运 输 能 力,铁 路 货 运 正在向“重 载、提速”的 方 向发展,但随 着 列车 载 重 增加和速 度的 提高,纵 向冲动越 来越 大,过 大的 纵 向冲动带来许 多新的 问 题。纵 向力会引起 缓 冲器破 损,严 重 时曲线 上的 纵 向力可将车 厢拉离 曲线 内侧造 成列车 脱 轨;纵 向力 的 增大会大大增加部 件的 磨 损程 度和疲 劳破 坏的 速 度;纵 向力对列 车 的 运 行 性能 也有明显的 影响。如:车 钩 断裂、列车 内部 冲动及其 引起 的 脱 轨、曲线
2、通 过 性能 恶化、部 件磨 损和疲 劳破 损等 问 题。过 大的 纵 向冲动已成为重 载 列车 发展的 最大障 碍,列车 纵 向动力学研 究 越 来越 得到重 视。通 过 对列车 纵 向力的 系 统 研 究,来较 好的 指定 列车 编 组 和列车 操纵 指南,以便改善列车 的 稳 定性和可靠 性。湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响目 录摘要.1一、制动系 统 与列车 纵 向冲动.21、列车 纵 向冲动几本规 律.22、制动装 置 与列车 纵 向冲动.43、发生 纵 向冲动的 部 位和现 象.64、车 辆 本身 结 构及制动方式.6二、
3、纵 向冲动产生 的 影响.81、制动波速 对列车 纵 向冲动的 影响.82、制动缸 充气时间 对列车 纵 向冲动的 影响.103、制动缸 充气跃 升值对列车 纵 向冲动的 影响.124、列车 管 泄露 对纵 向冲动的 影响.145、缓 解 过 程 中对列车 纵 向冲动的 影响.14三、改进 建议.17结 束语.18致 谢.19参考 文献.20湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响才商要:列车 的 纵 向冲动直 接影响列车 的 安全性和乘坐的 舒 适 性。针 对重 载 列车 实际 运 用 中出现 的 纵 向冲动过 大的 问 题,使用 基于气体
4、流动理 论 的 空 气制动特 性仿真 和基于刚体动力学的 列车 纵 向动力学联 合仿真 方法,研 究 制动波传播的 均匀性、制动波速、制动缸 升压特 性等 制动系 统 特 性对纵 向冲动的 影响.关键 词:制动波速 纵 向冲动纵 向冲动力第1页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响一、制动系 统 与列车 纵 向冲动1.列车 纵 向冲动基本规 律列车 制动时,制动波(扰动源)由 前往后传播。各相 邻 车 辆 之间 开始制动时 机不同,相 邻 车 辆 之间 产生 一个制动力差.导致 相 邻 车 辆 间 有一个速 度差,引起 列车 的
5、冲动。制动初期,前方车 辆 首 先发生 制动作用.其车 速 明显低于后部 车 辆,列车 的 后部 车 辆 涌向前方,列车 的 前部 车 辆 处于压缩 状 态,这 种 压缩 状 态逐 渐 后传(图1-1)。当制动到一定时候后,各节 车 都 发生 较 强烈的 制动作用,列车 的 前后速 差趋 于零,列车 处于最大的 压缩 状 态。然后.由 于受本身 制动力及前部 车 钩 力的 影响,列车 后部 的 车 辆 速 度下降 反而 比前部 车 辆 快,列车 中各节 车 辆 的 车 速 变为前高 后低,列车 逐 渐从后往前由 压缩 状 态转 变到拉伸状 态,当拉伸状 态达 到最大后,列车 又由 拉伸状 态向
6、压缩 状 态转 化,这 一过 程 周而 复始,产生 伸缩 振动,由 于阻 力的 存在,振动振幅减小。图Fm、ym及分别为最 大车 钩 力、最大相 对位移 以及列车 前后速 差。图1一2为列车 制动时的 冲动过 程 的 模拟计 算 结 果,(a)为第11节,第31 节 及第51节 车 钩 力随 时间 的 变化情况,(b)为各节 车 的 包络 线,(c)为不同时 刻,各节 车 钩 力沿列车 长 度的 变化情况,(d)为各节 车 最大车 钩 力沿车 长 的 分 布情况。从各节 车 的 车 钩 力包络 线、相 对位移 以及列车 前后速 差随 时间 的 变化,可 以明显看 出它们之间 大致 的 相 对关
7、系,车 钩 力、缓 冲器变形以及列车 前后速 差 基本上是以同一个较 低的 频 率 做伸缩 振动,而 车 钩 力于缓 冲器变形曲线 基本上 是同相 位的,而 且均比列车 前后速 差滞后四分之一周期(但对常用 制动初期来 说 列外)。列车 缓 解 的 冲动机理 与列车 制动时类 似。列车 缓 解 时,缓 解 波从列车 头部 向后传,相 邻 两辆 车 开始缓 解 时机不同,造 成前部 车 辆 速 度大于后部 车 辆,前 部 车 辆 发生 拉伸作用,并且不断向后传递,当拉伸状 态达 到最大后,列车 又由 拉伸状 态向压缩 状 态转 化,同样产生 伸缩 振动。第2页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技
8、术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响图1-1列车 制动时的 伸缩 振动图1-2制动中列车 冲动过 程列车 在不同工况下的 冲动机理 基本相 同,甚 至 在列车 通 过 变坡点或曲线 时第3页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响产生 的 机理 也和列车 制动工况类 似,只不过 这 时外激励力是坡道 阻 力或曲线 阻 力。2、制动装 置 与列车 纵 向冲动在列车 装 置 方面,我国货 车 大致 有70%装 有GK阀,103阀 占5%左右,尚有 一部 分K2阀 及GL3阀,型号复杂,除 了产品质 量 差外
9、,我国制动机的 主要 问 题 是制动波速 低,制动及缓 解 的 制动缸 充气排气特 性都 比较 陡,致 使列车 冲动较 大,无法满足 重 载 列车 安全运 行 的 要 求。为此,我国专门 为重 在列车 研 制了新 型的120制动阀。我国几种 货 车 制动阀 及美 国ABDW制动阀 的 车 列制动波速 的 试 验 数据见 表1-3。表1-3不同列车编组不同制动阀的车列制动波速(m/s)工 况常用制动常用制动的缓解紧急制动列车管减,压量CMPa)0.070.10.170.070.10.17103阀(6。辆*1)19020718912010435210GK阀(64辆C62A)15675215103
10、阀(73 辆C&3A)26426423475106117229120阀(72辆方孙)251245245195210229285103 C63A)216240241706055257120(120辆CE3启241238241117200176277ABDW阀(120辆*3)16916416415317110029&为了比较 不同制动阀 对列车 纵 向冲动的 影响,以SS4型机车 牵 引5000t列 车(60辆C61)为例,列车 装 用2号缓 冲器,GK阀、103阀 或ABDW阀 等 不同制 动阀。图1-4图1-6分别为列车 常用 制动、缓 解 及紧 急制动时最大车 钩 力沿列 车 长 度分布。从
11、表1-3及图1-4图1-6,可以看 出,由 我国的GK阀 及103阀 制动性能 较 ABDW阀 的 性能 差,导致 列车 纵 向冲动水平要 高 得多,从而 容易发生 列车 断钩 等 事故。我国新研 制的120阀 制动阀 在性能 上与美 国的ABDW阀 相 当,而 且在充气 时间 与其他阀 混编 等 方面 更符 合我国铁 路 的 实际 情况。第4页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响图1-4列车 常用 制动时最大车 钩 力沿列车 长 度的 分布图1-5列车 缓 解 时最大车 钩 力沿列车 长 度的 分布图1-6列车 紧 急制动时最
12、大车 钩 力沿列车 长 度的 分布第5页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响3、发生 纵 向冲动的 部 位和现 象当运 行 中快速 列车 发生 冲动时冽车 中部 较 严重,后部 较 轻,前部 最轻。(2)运 行 中使用 制动机调 速,有时制动和缓 解 时都 发生 冲动,有时仅制动或缓 解 时 发生 冲动。(3)在正常牵 引工况下,有时出现 瞬 间 冲动(多发生 在曲线 弯道)。(4)在隋 力运 行 工况下,有时发生 瞬 间 冲动或间 隔 时间 较 短 的 连 续 性冲动。4、车 辆 本身 结 构及制动方式(1)快速 列车 采 用
13、 盘 形制动和空 气弹簧 承载 方式,增设 了风 动便器和风 动塞拉门;同时,由 于用 风 管 系 增多,导致 各弯头、活接头及塞门 大量 增加,加大了列车 管 的 用 风 量,容易造 成列车 主管 风 压的 漏泄和波动,并导致 制动机动作,产生 冲动。(2)快速 列车 盘 形制动力的 大小是根据列车 初速160km/h、紧 急制动距 离 小于或 等 于1 400m设 计 的。因此,当快速 列车 初速 小于140km/h,特 别是低速 运 行 调 速 时,其盘 形制动制动力过 大(特 别是CW2C型转 向架,因增设 了踏 面 清扫器,加大 了 15%的 制动力)瘠 易造 成列车 的 纵 向冲动
14、。(3)快速 列车 采 用 了空 气弹簧 承载 方式,在列车 通 过 较 小曲线 半径的 线 路(或通 过 道 岔)时,空 气弹簧 通 过 自 动高 度调 整阀 自 动排风;而 列车 进 入直 线 运 行 时,储存风 缸(空 气弹簧 风 缸)又要 向空 气弹簧 进 行 补 风,致 使列车 管 再向储存风 缸 进 行 补 风,造 成列车 管 局部 风 压波动,制动机动作,导致 快速 列车 局部 或个别车 辆 的 瞬 间 制 动和缓 解,使列车 产生 纵 向冲动。(4)由 于快速 列车 编 组 过 长,受列车 管 制动波速 传递 的 影响,各车 辆 制动机的 作用 不一致,盘 形制动力大小前后不均
15、匀,容易造 成列车 纵 向冲动。(5)受列车 各种 漏泄因素 的 影响,列车 管 风 压前后压差较 大,个别列车 尾部 风 压在(55010)kPa之间。司机正常操纵 制动机调 速 时,难 以正确 掌握制动机初减量;甚 至 在最小减压量 制动时,列车 往往由 于列车 管 漏泄导致 机车 制动机减压量 达 到60 kPa70 kPa影响了列车 管 制动波速 的 传播速 度,使列车 产生 纵 向冲动。当列 第6页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响车 进 行 缓 解 时,由 于前后风 管 压差较 大,造 成列车 前后缓 解 不一致,
16、也会发生 纵 向 冲动。(6)由 于快速 列车 使用 的 车 钩 缓 冲装 置 在结 构与连 接方式上与以前普遍 采 用 的 车 钩 缓 冲装 置 一致,其车 钩 及缓 冲装 置 的 纵 向间 隙 过 大,当列车 进 行 制动调 速 或机 车 牵 引力不均匀作用 时,造 成列车 纵 向冲动。另外,快速 列车 使用 的G1型大容量 缓 冲器的 纵 向刚度较 大,不利于缓 和车 辆 间 产生 的 纵 向冲动。第7页 共20页湖南铁 路 科 技职 业技术学院 毕业设 计(论 文)制动系 统 对列车 纵 向冲动的 影响二、纵 向冲动产生 的 影响1、制动波速 对列车 纵 向冲动的 影响制动波速 是指列
17、车 制动时,其制动作用 由 列车 第 一节 车 厢传播到列车 尾部 的 传播速 度(单位为m/s)。为了分析列车 制动波速 对列车 冲动的 影响,以GK 阀 紧 急制动时制动缸 充气特 性为基础,将该 阀 的 试 验 特 性拟合为由 三个阶 段组 成的 制动缸 充气特 性。5000t列车GK阀 紧 急制动的 制动缸 充气特 性拟合曲线 如 图2-1所示。制动缸 充气特 性可分为三个阶 段:缓 升段制动缸 压力由0升 至0.04MPa,跃 升段制动缸 压力迅 速 上升到较 大压力,平稳 升压段制动 缸 压力平稳 上升到额 定值。下面 对5000t列车 以60km/h的 初速 在-6%。的 坡道
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