高速列车相关运行安全性问题研究

发布时间：2019-09-02 19:14

【摘要】：我国高速列车具有运行速度高、运行时间长和运行地域广的特点,因此列车在长期服役过程中相关动力学安全问题更为突出,如不同运行环境下的脱轨安全性问题、局部线路轮轨匹配不佳造成的蛇行运动稳定性问题、连挂救援列车制动产生的冲击及其安全性问题等。本文紧紧围绕高速列车线路试验和运行中出现的与动力学相关的安全性问题,结合机理分析、数值计算和线路测试,深入开展运行安全评判方法及其应用研究。具体的研究工作如下：(1)针对高速列车相关动力学安全问题,开展了运行安全性评判方法研究。详细研究了国内外现有动态和准静态脱轨评判方法；根据单轮对受力状态,推导了准静态爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全评估。综述了不同的蛇行失稳评估方法,如极限环判据、轮轨作用力和构架横向加速度判据；基于刚体运动假设,研究了构架横向加速度报警机理,分析了蛇行运动形式和测点位置对加速度的影响。针对连挂救援动车组制动引起的纵向冲击问题,研究车钩承压偏转行为及其稳钩机理,根据理论分析和试验结果制定连挂救援列车的运行安全限值。(2)建立了车辆系统动力学模型,分析不同轮轨蠕滑模型和接触参数的影响规律；通过滚振试验台动力学试验,从悬挂系统自振频率、蛇行运动分岔图和运行平稳性响应等方面,验证了车辆动力学模型的有效性。建立了列车和车钩缓冲器系统动力学模型,详细考虑了车钩运动自由度、缓冲器迟滞特性和非线性边界约束条件；通过连挂救援列车线路制动试验,从车钩纵向力、缓冲器位移、车间运动姿态、车辆冲击响应等方面,验证了列车-钩缓模型的有效性。(3)提出一种轮轨力间接测量方法,根据轮对受力状态,通过轴箱转臂应变、钢簧位移、轴箱加速度等物理量进行轮轨力识别。提出不同运用条件下的具体测试方法,通过动力学模型仿真和典型线路试验,验证了轮轨力间接测量方法的有效性。针对典型线路运行条件,包括线路动态通过、准静态曲线通过和侧风环境运行等,进行不同脱轨评估准则对比研究。修正了轮轴脱轨系数和轮重减载率联合评估准则的安全域,结合具体应用实例进行脱轨安全评估。(4)通过线路动力学测试、滚动振动试验台试验和仿真分析,研究了一次蛇行和二次蛇行的发生机理和表现形式。深入分析了车辆系统主要悬挂参数、轮轨型面匹配对蛇行运动稳定性的影响规律。采用蛇行失稳判据和运行安全性判据,对不同表现形式和分岔类型的蛇行运动进行运行安全性评估。(5)基于列车-车钩缓冲器模型,详细考虑车钩内部结构和运动关系,仿真再现列车连挂救援时制动引起的冲击效应以及压钩偏转行为。针对典型的救援连挂编组,进行连挂救援动车组紧急制动分析、不同制动档位分析以及运行安全性分析,对于救援动车组允许施加的制动档位给出建议,提出提高连挂救援列车运行安全性的有效措施。
【图文】：

框图,主要结构,框图

图１－１本文主要结构安排框图逡逑

高速列车动力学,安全评判,方法

中也迫切需要对动力学安全评估方法、预防和解决措施等方面开展具体的研究。本章主逡逑要针对高速列车脱轨机理和评判方法、蛇行失稳评判准则、列车连挂纵向操纵安全性评逡逑估等方面进行研究，主要框架如图２－１所示。高速列车脱轨安全评判内容包括轮对爬轨逡逑脱轨机理、准静态脱轨评判准则和动态脱轨评判，蛇行失稳安全性可采用轮轨作用力和逡逑车辆振动响应两种方式进行评估，，列车纵向操纵安全性主要考察车钩纵向作用力、车钩Ｊ逡逑水平和垂向摆角及其在其他方向分量可能造成的脱轨问题。为了进一步对服役中的高速逡逑列车进行实时运行安全性评估，本文提出了一种轮轨力间接测量方法，对高速动车组的逡逑脱轨安全性、蛇行运动稳定性及连挂运行安全性进行评估。逡逑圼速列车脱轨安全邋＞邋ｆ轮对爬轨脱］＾静态脱轨１邋＾态脱轨评］逦轮氼＿＾力n,逡逑评判邋￣邋轨机理逦评判逦判逦、逦？逡逑＾逦＾逦Ｊ邋＼逦一逡逑１邋ｒ逦，＇逡逑ｆ逦Ｎ邋ｆ逦、逦ｆ逦＼逡逑高速列单化巧失稳逦［￥￡轨作用力＾邋ｆ构架横向加１邋ｆ车体振动响１邋ｊ逡逑安全评估逦ｗｍ逦速度逦ｍ逦＾逦１邋ＭＳ胃逡逑、＇逦Ｊ邋、逦Ｊ邋Ｎ逦逦Ｊ逡逑ｅ＇＿逦－邋Ｊ邋、、逦逦Ｊ逦Ｖ．逦Ｊ逡逑Ｒ逦＊邋Ｉ逦（逦￣￣＇￣＇１逡逑高速列车级向操纵逦ｆ车钩缴向作１邋ｆ车构水平垂１邋－逦ｒｚｒｚＴＺＺＴ＇逡逑．安全评估‘—＊巧力逦向摇角？车辆巧竹响应逡逑Ｖ—－—Ｊ邋＾逦—Ｊ逦［逦逦Ｊ逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U298

【参考文献】