重载列车技术

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1、重重 载载 列列 车车 技技 术术重载列车技术涉及的方面n重载列车相对于普通货物列车n一般技术与特殊技术n技术的连续性与突破n技术安全性n技术经济性一一.重载列车概况重载列车概况n11定义定义：列车重量5000T，轴重25T， 年运量2000万吨 新变化新变化：列车重量8000T，轴重27T， 年运量4000万吨12类型：类型：n重载单元列车1958年美国，单一车辆、固定编组、循环运输n组合列车1969年苏联，两列普列、局部区段、n超重超长列车1979年苏联，单机或多机、列车重量大、正常运输、1.3我国的情况：n19851990组合：固定车底（运煤） 不固 定车底65008000（7400）n

2、19901992: 重载单元列车：大秦线等单机 6000、双机10000n1992目前整列式5000：繁忙干线n目前:大秦线200001.4系统工程n运输组织方式 安全n车、线、网 高效 配套措施n相关方面 适应性二.重载列车动力学2.1相关学科相关学科n牵引计算学、车辆动力学、列车纵向纵向、横向、垂向动力学、列车线路耦合动力学 n目的方法2.2列车纵向动力学 每节车 Fi=ma 求解方程组 riibiciciditiiFFFFFFFxm01i idiFci-1FcixFTEiFDBiFBiFWi各作用力的基本特性nFi牵引力、制动力、钩缓装置作用力、阻力 及其它作用力nGK，103，120,

3、 ECP, FbFb, 制动力：制动缸压力，波速，斜率，闸瓦摩擦系数nFc钩缓装置作用力：特性、间隙2#，3#，MX，MT，胶泥；n2#，13，16，17制动力的基本特性制动波的传递n列车管减压，各车辆制动缸压力顺序传递相邻车辆的制动力差n pb取决于制动波速和升压斜率不同制动阀的制动波速工工 况况 常用制动常用制动 常用制动的缓解常用制动的缓解 紧急紧急列车管减压列车管减压量（量（MPa） 0.070.070.10.10.170.170.070.07 0.10.10.170.17GKGK阀（阀（6464辆辆C C62A62A） 15675215103103阀（阀（7272辆辆C C63A63

4、A） 26426423475106 117 229120120阀（阀（120120辆辆C C63A63A） 241238241117 200 176 277ABDWABDW阀（阀（120120辆辆C C6363） 169164164153 171 100 298闸瓦的摩擦特性n闸瓦的摩擦系数随速度变化缓冲器的特性n缓冲器的特性：落锤试验、静压试验n列车工况动态特性：取落锤试验的包络线三.列车纵向冲动的机理31基本过程基本过程n列车变工况：起动、制动、缓解、调速n示例：乘坐火车（纵向、垂向、横向）n激扰源从前部逐渐挤压整列受压从后部逐渐反弹受拉整列受拉振动衰减稳定工况n稳定工况：列车在不变的或缓

5、慢变化的牵引力、动力制动力的作用下，做匀速或减速运动的运动工况。n在稳定工况中，列车的纵向冲动较小。n全列车的各节车的加速度基本相同。 过渡工况n过渡工况：即在较短的时间内，列车从一种操纵状态过渡到另一种操纵状态。n这时列车中的纵向冲动将会很大。n过渡工况：列车起动、急剧地增加或卸除牵引力、制动、列车通过坡道起伏较大的线路断面时的运动及调车作业中车辆的碰撞。 列车的初始状态n列车变化工况时的初始状态n钩缓装置的结构间隙钩缓装置的间隙n一对钩缓装置存在40mm左右的间隙，n考虑到磨损，间隙有可能增加到60mm，n70辆编组的5000t列车，可达4.2m。n考虑缓冲器初始阶段阻抗力，间隙更大n小间

6、隙车钩，甚至无间隙牵引杆n提高缓冲器初始阶段刚度，增大阻抗力32间隙效应n钩缓装置具有间隙无阻抗行程车辆间相对速度增大冲撞作用车辆聚集后再冲撞列车纵向冲动冲动n列车变工况时的车钩状态间隙效应列车纵向冲动的大小和形态n有利：便于列车起动(过去滑动轴承，坡道起动)n不利：列车纵向冲动明显增大33冲动的特点n冲击：列车变工况时的车辆间相对运动具有冲击的特点，n聚集：车辆不断冲撞聚集，形成列车纵向冲动n振动：列车纵向冲动总体上具有振动的特点，逐渐衰减冲动的特点纵向冲动的变化过程调车工况与列车工况比较调车工况与列车工况比较冲动的主要特点调车工况列车工况同时冲撞车辆数少多车组辆数的影响基本无影响影响很大相

7、邻车辆的速差 高（调车速度） 低(工况、间隙)冲撞延续时间短长缓冲器工作曲线圆滑、完整不连续锯齿形车钩间隙的影响基本无影响影响很大四.主要技术问题n4.1列车纵向冲动列车纵向冲动n4.2既有装备开行重载列车既有装备开行重载列车n4.3新型装备的发展方向新型装备的发展方向n4.4研究操纵技术研究操纵技术n4.5研究安全技术研究安全技术4.1列车纵向冲动列车纵向冲动n列车纵向冲动随长度增加明显增加，导致安全性降低、故障增多n涉及一系列问题 动力学（断钩、脱轨、钩缓破损、） 制动安全性（可靠性、充风不足、缓解） 操纵合理性（不同操纵方法的影响） 运输组织（编组、运营）4.2既有装备开行重载列车n系统

8、的方法：全面、理论、试验、实践n列车的编组：辆数、机车的动力制动、车辆的轴重、钩缓装置、制动阀）n列车的开行：运行条件（限速、停车缓解、技规要求）、主辅机车的联系（对讲机、同步装置）n特殊要求：特殊操纵技术、突破技规要求、编组要求（机车、空重车、关门车）4.3新型装备的发展方向n技术政策的长期指导性n重载列车相对于普通货物列车n一般技术与特殊技术n技术的连续性与突破n技术安全性n技术经济性4.3新型装备的发展方向n制动机：辆数、波速，斜率，闸瓦摩擦系数 GK，103，120, ECP, n车钩：强度、间隙2#，13，16，17n缓冲器：特性、容量、形式 2#，3#，MX，MT，胶泥；n主辅机同

9、步装置：功能、可靠性n机车动力制动：制动达到或超过牵引功率4.4研究操纵技术研究操纵技术n正常安全运行依靠先进的技术装备和合理的操纵技术n技术装备的发展要和操纵技术相适应n不同的条件需要相应的操纵技术n合理的操纵技术：经验、了解装备特性、动力学特性、运行要求4.5研究安全技术研究安全技术n列车安全性随长度增加明显降低n一系列问题突出（脱轨、安全性降低）n制动问题:缓解不良、意外制动、充风不足、n动力制动:限制问题n主辅机车的通讯五.操纵技术n操纵难度更大（相对于客运、普通）n影响因素更多(多机、多车、多坡道）n可控性更差（牵引或制动、首尾差别）n必须了解列车基本特性n操纵的预见性51起动n列车

10、状态，缓解起动时机，手柄快慢n平道平稳起动，平稳加速n上坡缓解起动时机，注意后溜n下坡缓解起动时机，必要时电制52制动n列车状态:拉伸与压缩，机车先单独制动n制动初速：减速慢，必要时提前制动n减压量：一般小减压量制动，列车管漏 泄，制动作用增强53缓解n列车状态，n缓解初速低，n减压量，n列车冲动明显大于制动54充风不足n多次循环制动后可能导致列车尾部充风不足，尤其在长大下坡道紧急制动后缓解，列车下溜（即使电阻制动）严重充风不足55动力制动n调速制动的原则：动力制动为主、空气制动为辅n减轻冲动、保证充风、减少循环次数n动力制动与脱轨安全性 使用限制、对车钩的要求六.重载列车技术发展n强化：机车

11、车辆及线路提高承载能力n改善：利用现代技术减轻列车纵向冲动n匹配：强化与改善的协调n发展：阶跃式61国外第二代单元列车n 1984年加拿大太平洋铁路提出：发展第二代单元列车n技术措施： 无间隙牵引杆 多路机车遥控系统 车辆径向转向架 列车组成n车组（用无间隙牵引杆连接10节车辆形成车组）n列车单元（用车钩缓冲器连接车组形成列车单元）n单元列车（多个列车单元连接，列车管不连，由该单元的机车接受头部机车遥控）效益n减轻列车纵向冲动约90n解决长大列车空气制动问题(意外、不可靠、缓解时间长、制动装置复杂化)n减少90车钩缓冲器n车体自重大大减轻(自重/载重为1/5)问题n车辆运用中故障维修不方便n多

12、路机车遥控系统的可靠性(列车管不连?)6.2 大秦线两万吨级重载列车n大秦线设计万吨重载列车n技术措施 无间隙牵引杆逐步实施 多路机车遥控系统利用 LOCOTRO ：121，41，22n机车车辆新技术的逐步应用Locotrol与两万吨级重载列车nGSM - R技术与Locotrol技术的结合, 800MHz数据电台与Locotrol技术的结合n单套Locotrol系统与SS4机车的结合,以及2台和谐型大功率机车加可控列尾方式n年运量由2002年的1 亿 t提高到2007年的3亿t,是原设计能力的3倍。大秦线的问题n大密度条件下的适应性n车辆运用中故障维修不方便nLOCOTRO 系统的可靠性?n

13、与我国运用条件的匹配（减压速度作为判断依据）n动力制动的限制 大秦线两万吨级重载列车n主要编组方式 单编 (机车均在头部，车辆210辆） 推挽 (头部机车+车辆210辆+ 尾部机车） 组合(机车+车辆105辆+ 机车+车辆105辆）6.3列车电空制动系统（ECP）n物列车电空制动系统（ECP）是一种电子控制的直通式空气制动系统。n该系统直接用计算机控制列车中每辆货车制动缸的制动和缓解，使重载列车的所有车辆制动、缓解动作保持一致。ECP的有关试验数据n消除意外紧急制动(传统列车每运行10 次大约就要使用1 次)n闸瓦走行里程提高27%n车钩断裂减少7%n燃油消耗减少5%列车制动波的传递单编列车动

14、力制动020406080100120140160180200220-1500-1000-5000500最大纵向力 (kN)列车辆数最大车钩力随时间的变化020406080100-1500-1000-5000500最大纵向力 (kN)运行时间 (s)拉钩状态与压拉钩状态的比较020406080100120140160180200220-1400-1200-1000-800-600-400-2000200最大纵向力 (kN)列车辆数推挽列车动力制动020406080100120140160180200220-50005001000最大纵向力 (kN)列车辆数组合列车动力制动050100150200

15、-750-500-2500250500最大纵向力 (kN)列车辆数单编列车紧急制动（压钩）020406080100120140160180200220-1500-1000-5000500100015002000最大纵向力 (kN)列车辆数单编列车紧急制动（拉钩）020406080100120140160180200220-4000-3000-2000-100001000200030004000最大纵向力 (kN)列车辆数推挽列车紧急制动（拉钩）020406080100120140160180200220-750-500-2500250500750最大纵向力 (kN)列车辆数组合列车紧急制动（拉

16、钩）020406080100120140160180200220-1000-50005001000最大纵向力 (kN)列车辆数不同工况的最大车钩力工况动力制动常用制动制动缓解紧急制动状态压钩拉钩压钩拉钩压钩拉钩压钩拉钩单编单编列车列车561263 556 1043 1492 805 1816 4340 -1399 -1211 -682-949 -866 -595 -1204 -3668 推挽推挽列车列车906658610401 615 538 899 752 -650 -704 -435 -683 -521 -168 -712 -721 组合列车332 478 340 6131026573 683727 -626 -769 -575-656-564 -263 -590 -862 纵向力的设计标准纵向力(kN)车体(静压)车钩(破坏)缓冲器阻抗力(额定最大)通用货车200025001700重载货车2500300022503560AAR4540300022703630俄罗斯2500300020002500铁科建议指标：最大车钩力1000 kN（正常工况）或最大车钩力 2250 kN（紧急制动）欢迎指正！