[發明專利]用于評估重載列車及軌道耦合系統動態性能的方法

有效

• 申請號: 201510029247.0
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104679938B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 賈晉中;薛繼連;孟憲洪;尹成斐;何占元;羅慧剛;劉鵬飛;王開云;翟婉明;李偉;馬戰國;王風
• 申請（專利權）人: 中國神華能源股份有限公司;朔黃鐵路發展有限責任公司;西南交通大學;中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 孫向民,肖冰濱

技術領域

本發明涉及重載列車領域，具體地，涉及一種用于評估重載列車及軌道耦合系統動態性能的方法。

背景技術

開行長編組、大軸重的貨運列車已成為提高鐵路貨物運輸的效率和擴大運能的主要技術途徑。與普通的鐵路貨運技術相比，重載列車與重載軌道的特點在于列車的編組車輛數多、軸重大、軌道結構部件的類型及參數多變。尤其是重載列車牽引及制動等操縱過程中存在著劇烈的縱向沖動，表現為較大的車鉤動態作用力，因車鉤力增大、車輛軸重增大和線路運行條件惡化的影響，列車脫軌安全性受到威脅。重載列車產生的大車鉤力，還會影響車輛運行穩定性、橫向和垂向平穩性等等。對重載列車的仿真計算，可為重載鐵路工程和重載列車的設計和調試提供重要數據，為確保重載列車安全運行提供技術支持。

目前，對于重載長大編組重載列車的建模和求解，主要關注列車的縱向沖動問題，針對縱向沖動的建模方法和求解方法已經較為成熟。但由于未考慮車輛和軌道在各個方向的振動以及車輛-軌道間的相互影響，導致仿真準確度下降，其評估結果與實際運行情況有一定偏差，特別當針對較為惡劣的運行情況時偏差更加明顯，給設計的合理性和重載列車運行的安全性帶來挑戰。另一方面，如果采用考慮較為全面的車輛-軌道耦合模型進行系統性能仿真，在相同編組形式下其自由度將擴大數倍甚至數十倍，求解規模龐大，運算極為復雜，無法實現高效運算。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能快速準確地評估列車和軌道系統整體動態性能的方法。

為了實現上述目的，本發明公開一種用于評估重載列車及軌道耦合系統動態性能的方法，該方法包括：

步驟S1，建立一維重載列車動力學模型，其中所述重載列車中的每節車輛由反映車輛縱向動力學特征的單質點車輛模型來表示，所述車輛包括機車和貨車；車輛間的車鉤對由反映車鉤縱向作用力的車鉤縱向力計算模型來表示，所述的車鉤包括機車鉤緩裝置和貨車鉤緩裝置；

步驟S2，設定重載列車操縱條件，基于所述一維重載列車動力學模型計算在設定操縱條件下所述重載列車的車輛間的縱向車鉤力；

步驟S3，確定出現最大縱向車鉤力的位置，并將該位置鄰近的至少三節車輛替換為由三維車輛-軌道耦合模型來表示，將與三維車輛-軌道耦合模型連接的車鉤替換為由三維車鉤力計算模型來表示，以更新重載列車動力學模型；

步驟S4，基于更新后的重載列車動力學計算在所述設定操縱條件下所述重載列車及軌道的動力指標，來評估設定操縱條件下列車與軌道耦合系統的動態性能。

優選地，所述重載列車操縱條件為下列中的一者：列車牽引起動、列車惰性運動、列車調速制動以及列車停車制動。

優選地，該用于評估重載列車及軌道的耦合系統動態性能的方法還包括針對不同重載列車操縱條件，重復執行上述步驟S2～S4。

優選地，所述三維車輛-軌道耦合模型包括了三維車輛模型、三維軌道模型和車輛與軌道間的作用力模型。

優選地，所述三維車鉤力計算模型對車輛間的縱向車鉤力、橫向車鉤力和垂向車鉤力進行模擬。

優選地，用于表示機車的所述三維車輛-軌道耦合模型還可包括對下列因素中的至少一者進行模擬：牽引電機與輪對之間的驅動力、電制動力；機車和轉向架之間的牽引拉桿作用力；以及輪對運動中，牽引電機的驅動力矩和電制動力矩以及列車實施空氣制動時的閘瓦壓力、空氣制動力。

優選地，用于表示貨車的所述三維車輛-軌道耦合模型還可包括對下列因素中的至少一者進行模擬：輪對運動中，列車實施空氣制動時的閘瓦壓力、空氣制動力；以及側架運動中，交叉支撐拉桿的支撐作用。

優選地，可采用表示小半徑曲線線路區段、存在軌道結構缺陷線路區段或軌道幾何狀態惡化線路區段的軌道模型作為所述車輛-軌道耦合模型中的軌道模型。

優選地，所述動力指標包括下列部分或全部參數：車輛振動加速度、脫軌系數、輪軌作用力、軌枕支反力、軌距動態擴大量、道床和路基的頂面應力以及鋼軌、軌枕與道床的位移和加速度。

通過上述技術方案，通過將三維車輛-軌道耦合模型應用于重載列車動力學模型的關鍵部位，本發明將能更準確反映列車沖動作用、車輛與軌道相互作用的關系，同時用單質點車輛模型和車鉤縱向力計算模型來模擬重載列車中的其他車輛和其他車輛間的車鉤力，從而得以兼顧系統性能評估準確性和運算速度。本發明還可根據重載列車的不同操縱條件進行相應模擬，以進一步提高系統性能評估的針對性和適用性。

本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明