重载列车纵向动力学仿真研究

第1章绪论 (1)

1.1选题背景及意义 (1)

1.2重载列车动力学研究现状 (1)

1.2.1 国外研究现状 (1)

1.2.2 国内研究现状 (3)

1.2.3 存在的问题 (4)

1.3本文研究的主要内容 (5)

第2章列车纵向动力学理论 (6)

2.1列车纵向动力学模型 (6)

2.2列车阻力计算模型 (7)

2.2.1 基本阻力 (7)

2.2.2 附加阻力 (8)

2.2.3 起动阻力 (9)

2.3机车牵引制动模型 (9)

2.3.1 牵引特性 (9)

2.3.2 制动特性 (10)

2.4货车制动模型 (11)

2.5车钩缓冲器模型 (13)

2.5.1 缓冲器模型 (13)

2.5.2 缓冲器参数及其处理方法 (14)

2.6列车纵向冲动 (16)

2.6.1 引起纵向冲动的原因 (16)

2.6.2 影响纵向冲动的关键因素 (16)

2.7本章小结 (19)

第3章基于Simpack的长大列车编组的纵向动力学仿真计算 (20)

3.1多体系统动力学软件的发展及应用 (20)

3.2轨道车辆的拓扑结构 (20)

3.3长大列车动力学建模 (21)

3.3.1 HXD1单车机车模型 (21)

3.3.2 2万吨列车模型 (22)

3.4铰接与力元的建模 (23)

3.4.1 创建制动力曲线 (23)

3.4.2 创建制动力时间激励 (24)

3.4.3 创建制动力力元 (25)

3.5动力学模型解算及结果分析 (25)

3.6本章小结 (26)

第4章长大列车纵向动力学实时性计算研究 (27)

4.1动力学解算方法 (27)

4.1.1 龙格库塔法 (27)

4.1.2 Newmark-β法 (31)

4.1.3 两种方法的优缺点及使用范围 (33)

4.2误差分析 (34)

4.2.1 龙格库塔法误差分析 (34)

4.2.2 Newmark-β法误差分析 (36)

4.3实时性仿真计算分析 (38)

4.4基于VC的纵向动力学软件开发 (39)

4.4.1 系统结构设计 (39)

4.4.2 界面设计 (40)

4.4.3 运行操作数据处理 (44)

4.5本章小结 (44)

第5章长大列车不同编组下的纵向动力学计算案例 (45)

5.1起动牵引工况 (45)

5.2紧急制动工况 (46)

5.2.1 1+2+1 编组 (47)

5.2.2 2+0+2 编组 (48)

5.2.3 1+1+1 编组 (49)

5.3三种编组条件下的车钩力对比 (51)

5.3.1 同步制动对比 (51)

5.3.2 滞后制动对比 (51)

5.4本章小结 (52)

总结与展望 (54)

总结 (54)

展望 (55)

参考文献 (56)

第1章绪论

1.1选题背景及意义

重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路部门的广泛重视，特别是在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量所占比重较大的国家，如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等，发展尤为迅速。目前，重载铁路运输在世界范围内迅速发展，已被国际公认为铁路货运发展的主要方向，也成为世界铁路发展的重要趋势[1]。

世界铁路重载运输是从20世纪70~80年代崛起的一项国际铁路运输新技术。第二次世界大战后，世界经济的复苏以及工业化进程的加快，原材料和矿产资源等大宗商品需求量的增加，导致这些货物运输量的急剧增长，给铁路运输提出了新的要求，而大宗的、直达的货源和货流又为货物运输实现重载化提供了必要的条件。其次，铁路技术装备水平的不断提高，为发展重载运输提供了技术保障。同时，发展重载运输还可以为铁路部门扩大运能、提高效率和降低成本。

从20世纪50年代起，一些国家的铁路就开始有计划、有步骤地进行牵引动力的现代化改造——先后停止使用蒸汽机车，而新型大功率内燃和电力机车逐步成为主要牵引动力。由于内燃、电力机车比蒸汽机车性能优越，操纵便捷，采用多机牵引能获得更大的牵引功率，这为大幅度提高列车的载重量提供了必需的牵引动力，因此以开行长大列车为主要特征的重载运输开始出现，但这一时期的重载技术尚不成熟，长大列车车辆间的纵向冲动、车钩强度、机车的合理配置、同步操纵及制动等技术问题都没有得到很好的解决[2]。

因此，为确保重载列车运行的稳定性和安全性，进行纵向动力学的分析和研究就非常有必要。

1.2重载列车动力学研究现状

1.2.1国外研究现状

上世纪70年代，由于计算机刚刚起步，技术尚不成熟，因此研究列车动力学最常见的处理方法是根据所关心问题的核心，对动力学模型予以必要的简化处理，忽略对研究目标影响不大或者难以处理的问题，以最少的因素得出最合理的解决方案。比如，不考虑轮轨接触几何关系和螺滑特性，借助于垂向、横向和纵向运动解耦以减少自由度。

列车动力学是随着铁路运输尤其是重载运输和高速运输的发展而发展起来的，由于当今计算机技术的高速发展，因此纵向动力学发展的更快。列车系统动力学最早用于货