列车脱轨后运行行为研究

摘要

随着科学技术的发展，人们对轨道车辆脱轨机理研究的不断深入，现代化的列车控制系统等主动安全防护措施，使得轨道车辆发生交通事故的概率越来越小。但是，在实际的列车运营过程中，各种形式的人为操作错误和自然环境的突然变化以及轨道车辆运行环境的特有开放式约束，使得列车发生脱轨事故的可能性永远存在。列车一旦发生脱轨事故将严重威胁行车安全，对人员和财产造成极大危害。
　　 世界各国铁路部门和科研人员针对列车脱轨问题的研究已经有了100多年，取得了大量的研究成果。但是，随着铁路运输速度的不断提高，列车脱轨事故仍呈上升趋势，近十年来，脱轨事故在我国铁路行车重大事故中的比率高达70％左右。国内外针对脱轨问题的研究大多集中于脱轨机理以及脱轨的预防。基于列车脱轨后相关问题的研究相对较少，尤其是在我国还仍处于探索阶段。
　　 本文在分析列车脱轨后主要特征的基础上，简要叙述了第一类拉格郎日方程理论以及代数-微分方程组的数值求解方法。针对列车脱轨后的主要特点，将车辆简化为平面刚体模型。利用第一类拉格郎日方程在考虑车钩力作用的基础上分别建立列车车辆在直线段约束、常曲率曲线段约束下的列车动力学模型。对列车在脱轨前后所受作用力进行了分析，建立了各个作用力模型。
　　 考虑列车脱轨后车钩一旦发生破坏失效将导致车辆间发生碰撞的可能性，建立了车辆碰撞检测模型，分别介绍了基于冲量、冲量矩定理和基于弹簧阻尼力的碰撞动力学模型，建立了车辆碰撞模型。
　　 为了更为直观地展现列车脱轨后的运动情况基于C++Builder6.0编制了脱轨事故再现动画程序，利用数值仿真方法选取我国干线上主要客运列车参数作为原始参数对列车脱轨后的动力学特性进行计算，并对结果进行详细研究分析。同时，在原始参数的基础上，对列车在不同工况下脱轨后的动力学特性进行了系统分析，对参数影响规律、影响程度等进行了探讨。得到了一些有用的结果。