重载机车车钩缓冲装置运行行为研究

摘要

车钩缓冲装置作为列车系统中的关键子系统之一，其运行行为对列车动力学性能及安全性能的显著影响已经在可查文献及数次列车脱轨事故中得到充分证明。然而，由于重载列车线路实验的局限性及仿真模型的不足，重载机车车钩缓冲装置运行行为的准确预测与系统研究仍有待解决。
　　本文首先通过文献调查及对多起列车脱轨事故的研究来论证钩缓装置对列车动力学性能及安全性能的影响；然后，对机车车辆车钩缓冲装置建模的研究现状进行调查研究，总结当前不同车钩缓冲装置建模方法的优缺点；最后，建立具有非线性迟滞特性的缓冲器模型及通用性较好的钩缓装置结构模型，融合摩擦元素及钩肩/止挡特性完成详细、合理的车钩缓冲装置模型。
　　在列车系统及考虑轨道不平顺与线路几何的仿真环境中研究了不同类型车钩缓冲装置在不同工况下的运行行为；研究了这些运行行为对列车动力学性能的影响；对研究过程中出现的一些特殊现象进行了定性分析及理论计算。
　　研究结果表明：
　　1.扁销钩缓装置的钩尾摩擦弧面是影响其运行行为的关键因素；摩擦面的设置不仅能使扁销钩缓装置的运行行为比圆销钩缓装置更加稳定，而且能够改善列车的直线与曲线运行安全性、缓解直线运行时的轮轨磨耗，但无法改善机车曲线运行时的轮轨磨耗问题。
　　2.机车车体在一、二系悬挂的综合作用下具有一定的承压稳钩能力；就提高列车动力学性能、安全性能及保护钩缓装置结构而言，圆销钩缓装置选用阻抗特性刚度较大的缓冲器较为有利。
　　3.圆销车钩承压后偏转方向为一随机过程不受曲线方向影响，但其曲线工况运行行为受曲线方向影响；对于配备圆销钩缓装置的机车，车钩偏转方向对制动工况机车曲线通过时的安全性有明显影响，且导向轮对受影响程度远大于非导向轮对；扁销车钩进入曲线区段后的偏转方向是由曲线方向决定的，但其曲线工况运行行为本质上不受曲线方向影响。