列車救援車鉤受力最惡劣工況及分析方法

梁士國(guó) 張?jiān)品?/p>

摘 要：列車救援是軌道車輛不可避免的緊急情況，一般采用推送救援，且僅救援列車輸出牽引及制動(dòng)，故障列車無(wú)動(dòng)力，無(wú)制動(dòng)。如救援列車推行被救援車輛在行進(jìn)過(guò)程中，突然施加了緊急制動(dòng)，可能使車鉤彈性緩沖用盡，產(chǎn)生很大的車鉤力，導(dǎo)致車鉤屈服甚至斷裂。因此，有必要梳理列車救援最惡劣工況，分析車鉤受力情況，必要時(shí)優(yōu)化，確保列車救援安全。

關(guān)鍵詞：列車救援;車鉤受力;惡劣工況;分析方法

1概述

當(dāng)裝載旅客的列車發(fā)生故障，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)營(yíng)單位一般通過(guò)調(diào)度中心安排救援列車對(duì)故障列車進(jìn)行救援，救援列車和故障列車通過(guò)車鉤連掛，將故障列車送至最近的車站進(jìn)行乘客疏散并將故障列車送出正線運(yùn)營(yíng)軌道。救援時(shí)，由于救援車輛加速、制動(dòng);被救援車無(wú)動(dòng)力無(wú)制動(dòng);線路坡道等疊加因素影響，救援工況下車鉤運(yùn)用環(huán)境極為惡劣。

車鉤是車輛連接最重要的部件，主要由連掛系統(tǒng)和緩沖系統(tǒng)組成。連掛系統(tǒng)主要起連接車輛作用;緩沖系統(tǒng)用來(lái)緩和車輛運(yùn)行、調(diào)車、救援作業(yè)時(shí)的縱向沖擊，吸收沖擊能量，確保列車運(yùn)用各種工況平穩(wěn)、安全。因此梳理列車救援最惡劣工況，分析車鉤受力情況，確保列車救援安全尤為重要。

2列車救援場(chǎng)景分析

列車救援分牽引救援及推送救援兩種模式。牽引救援是指一列無(wú)故障車在前方牽引故障車至救援目的地;推送救援指一列無(wú)故障車在后方推送故障車至救援目的地。相對(duì)于車鉤系統(tǒng)，兩種救援模下車鉤承受的救援作用力是不同的。正常救援模式下，均不會(huì)對(duì)車鉤及車體造成損壞。

在列車緊急救援分析中，會(huì)考慮最惡劣情況，也就是非正常救援模式。其中以救援車先施加并保持最大牽引力，被救援車無(wú)任何牽引及制動(dòng)能力，在緊急情況下，救援車施加緊急制動(dòng)的工況最為惡劣。

基于以上工況，如采用牽引救援模式，車鉤先在牽引力作用下受拉，后在緊急制動(dòng)力作用下受壓，該壓力即為牽引救援模式下車鉤承受的最大力;

推送救援模式下，車鉤先在牽引力作用下受壓，而后在緊急制動(dòng)力下受拉，此拉力為推送救援模式下車鉤承受的最大力。

壓縮吸能是車鉤主要特性之一，因此牽引救援不會(huì)對(duì)車鉤及車體造成風(fēng)險(xiǎn)。而推動(dòng)救援模式下，車鉤最大作用力為拉力，車鉤及車體的拉伸強(qiáng)度較低且車鉤拉伸方向吸能少，車鉤存在因救援產(chǎn)生的拉力過(guò)大而產(chǎn)生永久變形甚至斷裂的可能性。故推送救援的危險(xiǎn)程度遠(yuǎn)高于牽引救援。

3計(jì)算基本原理

救援計(jì)算基本原理基于牛頓第二定律，物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量M成反比，加速度a與力合力F的方向相同：

從公式可以看出救援工況車鉤力僅與合外力及質(zhì)量相關(guān)，救援最惡劣工況伴隨加速和制動(dòng)過(guò)程，因此反映在仿真分析中的輸入?yún)?shù)主要有車重、牽引力、制動(dòng)力、牽引力及制動(dòng)力響應(yīng)時(shí)間等。

4仿真分析方法

4.1 確定仿真輸入?yún)?shù)

為確保救援仿真分析準(zhǔn)確，需輸入表1顯示參數(shù)。

4.2確定仿真工況

確定具體仿真工況，如：當(dāng)一列AW0的列車援救（推送）另一列AW3超載的列車時(shí)，兩列列車聯(lián)掛在一起，當(dāng)救援列車緊急制動(dòng)而被救援列車沒(méi)有制動(dòng)或制動(dòng)失靈時(shí)，列車間車鉤受力情況。

（1） 救援車（AW0）與被救援車（AW3）均在35‰坡道上（下坡），施加100%牽引加速時(shí)突然實(shí)施緊急制動(dòng)。

（2） 救援車（AW0）在平道，被救援車（AW3）在35‰坡道上（下坡），施加100%牽引加速時(shí)突然實(shí)施緊急制動(dòng)。

4.3進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真

根據(jù)以上參數(shù)及工況進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。采用列車縱向動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序，按照列車縱向動(dòng)力學(xué)理論，將整列車視為由車鉤連接的若干單自由度（縱向）質(zhì)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動(dòng)微分方程組的逐步求解計(jì)算各個(gè)車的加速度、車鉤力、速度歷程曲線，研究不同工況下車鉤的受力情況。

列車縱向動(dòng)力學(xué)主要用來(lái)分析不同的列車編組、不同車輛配置、不同運(yùn)行工況及不同的線路條件下組成列車的車輛間的縱向動(dòng)力作用。列車縱向動(dòng)力學(xué)模型如圖3所示。一般情況下，取一節(jié)車為一個(gè)分離體。

對(duì)于N節(jié)車輛可列出N個(gè)微分方程，組成一個(gè)二階微分方程組。

4.4仿真結(jié)果分析及優(yōu)化

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，若有風(fēng)險(xiǎn)需采取優(yōu)化措施，如：救援牽引力盡可能?。M足推動(dòng)故障車上坡啟動(dòng)的最小牽引力）;限制救援緊急制動(dòng)力/實(shí)現(xiàn)救援車與被救援車同步制動(dòng);提高緩沖器壓縮起始力值/更換其它拉伸方向性能更高的緩沖器等。

5結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了軌道車輛列車救援場(chǎng)景，篩選出列車救援車鉤受力最惡劣工況，并介紹了救援工況車鉤受力計(jì)算基本原理、仿真分析方法，為列車救援車鉤受力分析提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：梁士國(guó)，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)碩士，從事軌道車輛研發(fā)工作。BE2AC842-10F1-472C-9D4F-46DD673A4EE9