高寒地区高速列车制动性能仿真研究.docx

该【高寒地区高速列车制动性能仿真研究 】是由【科技星球】上传分享，beplayapp体育下载一共【17】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【高寒地区高速列车制动性能仿真研究 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。高寒地区高速列车制动性能仿真研究??陈哲明,梁丹丹,张峻领(,重庆400054;,四川成都610000)0引言铁路运输的高速化是世界各国铁路技术发展的方向,随着高速列车运行速度的不断提高,制动安全性指标也不断更新,为提高列车制动的安全性,国内外对高速列车制动性能的研究也更加关注。20世纪后期,国外列车制动大量采纳动力分散模式[1],动车采用再生制动,拖车采用涡流制动来确保在高速运行工况下能实现安全制动。日本新干线高速动车组采用直通式电空制动系统,使列车在高速状态下也能安全制动。德国对其高速动车组采用再生制动和电阻制动混合制动来保证列车平稳精确制动,在紧急制动工况时制动距离保证在所要求的范围内。我国高速列车在完成多次大提速后,制动技术也日趋成熟,从早期的动力集中型列车采用空电复合制动方式到动力分散型列车采用微机直通式电空制动方式,列车运行也更加安全高效,列车制动性能得到较大提升。但在特殊运行环境和高速运行背景下,制动能力不足等问题依然存在,国内外对高寒高速条件下列车制动性能研究的较少,因此笔者研究的高寒环境下制动初速度高达400km/h的列车制动性能具有非常重要的现实意义。高速列车制动距离和制动减速度是反映列车制动性能和运行安全的关键技术指标。而高速列车制动能力体现在列车的制动距离,制动距离与列车的运行速度紧密相关。列车的制动过程实际上是动能的转移或消散,列车运行速度越大,制动时能量消散就越大[2-3],因此设计速度高达400km/h列车减速度,提高列车安全制动性能是非常有必要的。笔者主要研究了高寒地区400km/h高速列车在制动过程中的受力分析,设计了在高寒条件下列车制动减速度曲线,并进行了黏着校核,通过仿真计算得到高寒地区干燥路面以及3种模拟冰雪路面的紧急与最大常用制动距离,提出了在高寒低黏条件下增黏措施。1高速列车制动过程受力分析列车在制动过程中运行情况复杂,因此在研究过程中将整个列车看成一个单质点来进行受力分析求解。在制动过程中列车受到运行阻力和制动力,其所受合力公式为c=-w-b(1)式中:c为列车所受合力;w为运行阻力;b为制动力。,是运行速度的函数[4]。为分析列车的运动状态以解决列车运行中的一些实际问题(如运行速度、运行距离等),就必须知道不同速度下作用于列车的阻力合力的变化规律。基本阻力主要影响因素为列车运行速度,其影响因素多变复杂,运行条件不断变化,在实际计算中通常采用经验公式[5],单位基本阻力计算公式为ω0=a+bv+cv2(2)式中:v为列车运行速度;常数a、b、c是由实验确定的,基本阻力单位为N/kN。根据实测结果高寒地区高速列车单位基本阻力公式为ω0=++(3)、与列车方向相反的、司机可根据需要控制其大小的外力。高速列车制动由多种制动方式配合,其操纵控制普遍采用电控、直通或微机控制电气指令式等灵敏而迅速的系统。高速列车采用的制动方式共有7种,并可分为3类[6]:1)受黏着限制的摩擦制动——闸瓦制动、盘形制动;2)受黏着限制的动力制动——电阻制动、再生制动、旋转涡流制动;3)不受黏着限制的非黏制动——磁轨制动、非线性涡流制动。。其中制动盘制动力由制动缸提供,空气压力作用于制动缸活塞上,使活塞杆产生推力,经过基础制动装置的放大作用,再传递给制动盘[7]。每个制动闸片作用于制动盘的压力可按式(4)来计算:(4)则制动盘上产生的制动力可以表示为(5)式中:dz为制动缸活塞直径;γz为制动倍率;ηz为传动效率;nk为每个制动夹钳的制动盘数目;rz为制动盘平均摩擦半径;p为制动缸压力;R为有效摩擦半径。制动盘摩擦系数φk采用高摩合成闸瓦经验公式:(6)式中:V为车轮速度。,牵引电动机转换成发电机,牵引电机轴上作用着与电枢旋转方向相反的力矩,该力矩在列车动轮上产生制动力。图1为高速列车制动仿真研究的电制动特性曲线,对电制动特性曲线进行数值拟合可得到其电制动特性公式(7),该公式可直接用于列车制动系统模型。(7),反映了车轮与轨道之间的接触状态。车轮与钢轨在很高的压力作用下有少许变形,轮轨接触面不是纯粹的静摩擦状态,而是静中有微动或滚中有微滑的状态。黏着系数是表示车轮与钢轨间黏着状态的指标,体现了车辆的牵引力或制动力传递给钢轨的可能程度。轮轨黏着系数与轮轨材质、表面状况、动轮转动特征等一系列因数有关。高速列车轮轨黏着的总体变化趋势是随着列车运行速度的提高而降低的。高寒地区由于受冰雪天气的影响,轮轨黏着情况更为复杂,本次研究利用OldrichPolach的轮轨蠕滑计算方法[8]研究高寒地区干燥和3种模拟冰雪条件下的轮轨黏着系数,其描述如式(8):(8)其中:式中:F为黏着力;f为轮轨间摩擦系数;Q为正压力;S为蠕滑率;Cjj为Kalker系数;a、b为椭圆接触斑半轴长;G为刚性模量;kA,kS为调节参数。表1为日本新干线以及中国现行的常规列车制动计算黏着公式,表2为Polach的轮轨蠕滑计算模型轨面条件参数,图2为式(8)计算的模拟冰雪路面以及不同条件下轮轨黏着系数。表1黏着系数Table1Adhesioncoefficient表2轨面条件参数Table2Conditionparameterofrailsurface(续表2):其中KA为黏着缩减系数;KS为濡滑缩减系数数;f0为轮轨间最大摩擦因数;A、B为摩擦因数调节参数。,是铁路通信信号系统和运输组织的重要依据[9],在高寒高速运行工况下,根据轮轨间的黏着利用并考虑一定的安全余量来设计减速度曲线是制动系统设计的重要问题。。本次研究的高速列车采用电空联合制动,要求初速度400km/h的条件下,制动距离为小于8120m。、列车要求的制动距离设计得到400km/h高速动车组的紧急制动和最大常用的减速曲线,设计过程如图3,设计的减速度曲线如图4。∑Fbi=∑μQi=μMg(9)(10)(11)按照式(9)~式(11)可计算得到在紧急制动和最大常用制动条件下的轮轨黏着系数,如图5。由图5可见,高速列车在所设计减速度下制动时轮轨黏着未超过我国干燥路面和TSI的轮轨黏着限制,能满足400km/h高速列车的使用要求。