重载列车纵向冲动影响因素与操纵方式优化

作     者：郭文彦 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武福

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：重载列车 纵向冲动模型 多体动力学仿真模型 操纵方式优化 模糊控制算法 

摘      要：与空运相比较,海运、公路运输和铁路运输具有环保、成本低、运量大、受气候变化影响小的优势,其中重载运输对国家经济的安全运行发挥着极为关键的作用。例如,我国的大秦线、瓦日线等重载铁路线是我国的能源运输大通道,尤其在在2008年南方冰冻灾害与2021年全国范围低温天气期间,将山西、内蒙古的煤炭源源不断的运往全国各地,保障了国家经济的持续发展与社会的稳定。但是,随着轴重增大和编组数量增加,重载列车的纵向冲动会显著增大,从而引发断钩、脱轨等事故。因此,需要研究清楚以下问题:影响重载列车的纵向冲动的因素有哪些;在安全运行的前提下,如何优化列车的操纵方式,使列车可以准时到达;ECP(电控空气制动)技术大幅提高了列车的制动波速,该技术在重载列车的应用前景如何。首先,根据列车纵向动力学理论,建立了重载列车纵向动力学模型,并在UM软件环境下构建了多体动力学仿真模型。通过对比仿真分析数据与试验数据,误差在非常小的范围内,证明了列车多体动力学模型的正确性。其次,以最大车钩力为评判标准,使用理论分析与仿真分析方法对重载列车在启动、制动、缓解三种工况下的纵向冲动性能进行了研究。结论显示,启动时,操作越平稳,列车纵向冲动越小;制动时,线路坡度、制动波速、制动初速度、减压量、Loctrol时延等因素及其不同水平组合对列车的纵向冲动性能有不同的影响;缓解时,缓解初速度越大,纵向冲动越小。然后,根据重载列车在长大下坡道循环制动的技术要求,选择大秦线K275-K325运行区间,使用模糊控制算法得到重载列车的操纵运行图,将仿真运行时间与实际运行时间进行对比,实际运行时间为3200s,仿真运行时间为3150s,误差1.6%。此时,列车纵向冲动最大拉钩力687k N,最大压钩力-890k N,满足列车纵向冲动时车钩力安全要求,说明该模糊控制算法正确,为重载列车操纵方式的优化研究提供了一种思路。最后,建立了嵌入电控空气制动(ECP)系统的优化的重载列车模型,研究了ECP技术对列车纵向冲动性能的影响,结果表明采用ECP系统可以大幅度降低列车纵向冲动水平,为将来我国发展更大轴重、更长编组重载列车提供了思路。