白瑞松　王俊國(guó)

摘 要：文章主要對(duì)列車(chē)動(dòng)力學(xué)作分析研究，包括列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)建模原理、機(jī)車(chē)牽引力和制動(dòng)力計(jì)算、列車(chē)鉤緩裝置力學(xué)特性以及列車(chē)運(yùn)行阻力等。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)分析；列車(chē)牽引力；運(yùn)行阻力

中圖分類(lèi)號(hào)：U270.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）09-0007-02

1 列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)建?；驹?/p>

列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)主要用來(lái)分析列車(chē)縱向動(dòng)力作用。列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)的基本原理，是在該力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，盡可能全面考慮列車(chē)縱向運(yùn)動(dòng)的影響因素，將牽引和制動(dòng)特性、車(chē)鉤緩沖以及相關(guān)的運(yùn)行阻力均按進(jìn)行仿真后，再逐個(gè)建立機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)方程，求解方程后得出縱向運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

若對(duì)列車(chē)逐節(jié)車(chē)輛作受力分析，可得到一個(gè)非線(xiàn)性二階微分方程組。為求解該復(fù)雜的非線(xiàn)性動(dòng)力方程組，本文采用了新型的顯式積分方法。

由于我國(guó)《牽引計(jì)算規(guī)程》中并沒(méi)有SS4B型電力機(jī)車(chē)的牽引特性曲線(xiàn)、動(dòng)力制動(dòng)特性曲線(xiàn)、機(jī)車(chē)基本運(yùn)行阻力經(jīng)驗(yàn)公式等內(nèi)容，本文中選取SS4型機(jī)車(chē)作為仿真牽引機(jī)車(chē)。

以SS4B型機(jī)車(chē)為參照的牽引和動(dòng)力制動(dòng)參數(shù)對(duì)比分別見(jiàn)表1和表2。

從上述兩表可知，SS4B型機(jī)車(chē)牽引性能和動(dòng)力制動(dòng)性能分別與SS4型和SS4改型機(jī)車(chē)較為接近。

2 機(jī)車(chē)牽引力的計(jì)算

機(jī)車(chē)牽引特性是指牽引力隨列車(chē)速度變化的曲線(xiàn)，不同機(jī)車(chē)的牽引特性也有所不同。SS4型電力機(jī)車(chē)的牽引特性曲線(xiàn)如圖2所示，可以看出該型車(chē)最大牽引力為431.6 kN。我國(guó)《列車(chē)牽引計(jì)算規(guī)程》并未對(duì)機(jī)車(chē)粘著系數(shù)作規(guī)定，在列車(chē)低速全檔位運(yùn)行時(shí)，本文如圖2所示，粘著限制曲線(xiàn)插值來(lái)計(jì)算粘著力。

在求機(jī)車(chē)任意時(shí)刻t的牽引力時(shí)，一般的計(jì)算方法是：根據(jù)該時(shí)刻運(yùn)行速度v和把位N，查相應(yīng)類(lèi)型機(jī)車(chē)的牽引特性曲線(xiàn)，通過(guò)插值計(jì)算即可得出牽引力。

3 列車(chē)制動(dòng)力計(jì)算

機(jī)車(chē)和車(chē)輛起制動(dòng)作用的閘瓦產(chǎn)生制動(dòng)力，制動(dòng)力的方向與列車(chē)運(yùn)行方向相反，大小可由司機(jī)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般情況下，可將列車(chē)制動(dòng)力分為動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩類(lèi)。動(dòng)力制動(dòng)僅以機(jī)車(chē)為作用對(duì)象，機(jī)車(chē)的動(dòng)力制動(dòng)特性、運(yùn)行速度等是決定制動(dòng)力大小的主要因素，動(dòng)力制動(dòng)力的計(jì)算方法與牽引力計(jì)算類(lèi)似。SS4型電力機(jī)車(chē)的電阻制動(dòng)特性曲線(xiàn)如圖2所示，需要說(shuō)明的是，本文中三種編組的機(jī)車(chē)電阻制動(dòng)力均按改型機(jī)車(chē)的電阻制動(dòng)力外包線(xiàn)插值得來(lái)（如圖2中虛線(xiàn)所示）。從圖中可以看出，SS4改進(jìn)型機(jī)車(chē)具有較寬的速度控制區(qū)域，在10～50 km/h速度范圍低速區(qū)內(nèi)能保持較大的制動(dòng)力，可以較好的滿(mǎn)足保證運(yùn)行安全的要求。

列車(chē)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)主要由機(jī)車(chē)操縱裝置、車(chē)輛制動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置和列車(chē)空氣管路系統(tǒng)組成。在進(jìn)行列車(chē)制動(dòng)力仿真時(shí)，首先需要對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)的空氣制動(dòng)進(jìn)行參數(shù)建模，然后對(duì)列車(chē)管定壓、列車(chē)編組輛數(shù)等初始條件進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)車(chē)輛定置制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合線(xiàn)路靜置和運(yùn)行試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，根據(jù)制動(dòng)缸的壓力值、車(chē)輛速度和閘瓦摩擦系數(shù)等，即可計(jì)算出每節(jié)車(chē)的實(shí)際制動(dòng)力。

本文采用實(shí)算法對(duì)列車(chē)制動(dòng)力進(jìn)行分析計(jì)算。在制動(dòng)過(guò)程中，全部機(jī)車(chē)和車(chē)輛起制動(dòng)作用的閘瓦所形成的制動(dòng)力總和，構(gòu)成列車(chē)制動(dòng)力。機(jī)車(chē)車(chē)輛類(lèi)型不同，在制動(dòng)時(shí)閘瓦壓力和摩擦系數(shù)都不相同，所以為了得出最終的制動(dòng)力，必須先分別求出各種車(chē)輛的制動(dòng)力。

4 車(chē)鉤緩沖裝置的力學(xué)特性

緩沖裝置對(duì)重載列車(chē)具有非常重要的作用，在進(jìn)行縱向動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，所有機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)鉤力和加速度均需進(jìn)行計(jì)算。機(jī)車(chē)的鉤緩系統(tǒng)模型如圖3所示。

5 列車(chē)的運(yùn)行阻力

在運(yùn)行過(guò)程中，列車(chē)與外界相互作用而受到的外力稱(chēng)為運(yùn)行阻力，運(yùn)行阻力的方向和列車(chē)運(yùn)動(dòng)方向相反。依據(jù)運(yùn)行阻力形成的原因，通常列車(chē)運(yùn)行阻力被劃分為基本阻力和附加阻力兩類(lèi)?；咀枇Γ侵噶熊?chē)在理想平直軌道上運(yùn)行時(shí)，包括起動(dòng)時(shí)都存在的阻力。由于目前我國(guó)沒(méi)有SS4B機(jī)車(chē)的基本阻力公式，故使用SS4電力機(jī)車(chē)的基本阻力公式代替。列車(chē)在某些路況條件下才受到的阻力稱(chēng)為附加阻力，例如列車(chē)在坡道和彎道運(yùn)行時(shí)，將分別受坡道阻力和曲線(xiàn)阻力作用。在計(jì)算列車(chē)阻力時(shí)，通常都有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)公式可用，例如：對(duì)SS4型電力機(jī)車(chē)，單位基本阻力公式分別為（6）和（7）。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文以SS4型電力機(jī)車(chē)為研究對(duì)象，闡述了列車(chē)動(dòng)力學(xué)建模的原理，對(duì)列車(chē)牽引力和制動(dòng)力、鉤緩裝置的力學(xué)特性、相關(guān)運(yùn)行阻力等對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)有重要影響的因素進(jìn)行了討論和分析，以期為列車(chē)動(dòng)力學(xué)相關(guān)問(wèn)題的研究提供參考。

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