带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计【含7张CAD图纸、说明书】
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毕业设计附本带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计DESIGN OF ONE-WAY DISC SPRING BRAKED MINE CAR WITH MIDDLE BRAKE TRACK学生姓名班 级学 号学院名称专业名称指导教师2018 年5月26日目 录毕业设计(论文)课题申报表1毕 业 设 计(论 文) 任 务 书 2毕业设计(论文)开题报告7毕业设计(论文)指导手册10学生毕业设计(论文)中期汇报表15学生毕业设计(论文)中期情况检查表16毕业设计(论文)指导教师评阅表17毕业设计(论文)评阅教师评阅表18毕业设计(论文)答辩及综合成绩评定表19外文翻译202毕业设计(论文)课题申报表指导教师职称副教授教研室机械设计制造及其自动化申报课题名称带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计课题类型工程设计类课题来源A.教师科研课题简介斜井运输中经常会出现矿车掉道,从而引发事故。对于斜井防跑车的研究国内外学者做了大量的工作,但是一直未能找到一个可靠性高的解决方案,本人长期从事斜井防跑车系统的研究,带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车是本人的创新发明成果,通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。课题要求(包括所具备的条件)完成总体方案的设计;调研并选定传动机构主要参数;给定部分参考图;完成传动系统总图及主要零部件图的设计;完成论文的撰写。课题工作量要求绘制图纸若干张,包括总装配图及其主要零部件图,图纸量折合3张零号图;撰写毕业设计论文,字数不少于1.5万;完成4000英文原文的翻译。参考文献不低于15篇,其中英文原文两篇。教研室审定意见 同意室主任签字:学 院审定意见同意 教学院长签字: 毕 业 设 计(论 文) 任 务 书 学院(系):机电工程学院专 业:机械设计制造及其自动化学生姓名:学 号:设计(论文)题目:起 迄 日 期:指 导 教 师:教研室主任: 发任务书日期: 2018 年 3 月 4 日 毕 业 设 计(论 文)任 务 书 1毕业设计的背景:斜井运输中经常会出现矿车掉道,从而引发事故。对于斜井防跑车的研究国内外学者做了大量的工作,但是一直未能找到一个可靠性高的解决方案,本人长期从事斜井防跑车系统的研究,带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车是本人的创新发明成果,通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。2毕业设计(论文)的内容和要求:完成总体方案的设计;调研并选定传动机构主要参数;给定部分参考图;完成传动系统总图及主要零部件图的设计;完成论文的撰写。绘制图纸若干张,包括总装配图及其主要零部件图,图纸量折合3张零号图;撰写毕业设计论文,字数不少于1.5万字;完成4000英文原文的翻译。参考文献不低于15篇,其中英文原文两篇。3主要参考文献:1徐灏机械设计手册.北京:机械工业出版社,20002陈国定,吴立颜.机械设计,高等教育出版社,20133裘新建,机械原理课程设计,高等教育出版社,20104孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理,高等教育出版社,20154毕业设计(论文)进度计划(以周为单位):寒假 实习、查资料、英文翻译12周 完成开题报告;34周 确定方案,进行总体方案设计56周 总图绘制,说明书编写712周 部件图绘制,说明书编写13周 填写论文副本,完成说明书、图纸绘制,准备答辩教研室审查意见: 室主任签名: 年 3 月 5 日学院审查意见: 教学院长签名: 年 月 日 毕业设计(论文)开题报告 课题名称:带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计学生姓名:学号:指导教师:职称:所在学院:专业名称:机械设计制造及其自动化 日期: 2018 年 3 月 16 日 说 明1根据毕业设计(论文)管理规定,学生必须撰写毕业设计(论文)开题报告,由指导教师签署意见、教研室审查,学院教学院长批准后实施。2开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词,须注出全称。4本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,没有经过整理归纳,缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5课题类型填:工程设计类;理论研究类;应用(实验)研究类;软件设计类;其它。6课题来源填:教师科研;社会生产实践;教学;其它 毕业设计(论文)开题报告课题名称带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计课题来源A.教师科研课题类型工程设计类1选题的背景及意义:斜井运输中经常会出现矿车掉道,从而引发事故。对于斜井防跑车的研究国内外学者做了大量的工作,但是一直未能找到一个可靠性高的解决方案,本人长期从事斜井防跑车系统的研究,带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车是本人的创新发明成果,通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。2研究内容拟解决的主要问题:本课题设计主要解决以下问题: 1. 应用机械设计知识结合CREO软件,分析带中间制动轨的单向碟簧式制动矿车的结构与工艺特性,确保中间制动轨的单向碟簧式制动矿车的实用性。 2. 查阅有关资料,确定中间制动轨的单向碟簧式制动矿车的型号。 3. 掌握基于斜井中安全运输系统有关制动矿车的知识,提出合理的中间制动轨的单向碟簧式制动矿车设计方案,并对该方案进行有效验证。 4. 对比已提出的各个方案,确定最佳设计方案,并进行实验验证。 3研究方法技术路线: 1. 确定带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计主要技术规格和工作图 2. 确定带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计的总体方案设计(工艺设计、原理图设计、总体布局) 3. 对单向碟簧制动式矿车的各组成部分进行运动和结构的设计、材料选择、零件强度与刚度的校核。 4. 计算制动防跑车装置、游动碟簧支架等部件的计算书。 5. 在导师的指导下,对已提出的设计方案进行实验对比,以获得较合理的设计方案。 4研究的总体安排和进度计划:寒假 实习、查资料、英文翻译1-2周完成开题报告;3-4周确定方案,进行总体方案设计;5-6周总图绘制,说明书编写;7-12周部件图绘制,说明书编写;13周填写论文副本,完成说明书、图纸绘制,准备答辩。5主要参考文献: 1 朱颜,周琼,张雨震.矿车清扫机应用现状分析及发展趋势J机械,2014 2廉凯.矿车清扫技术的研究现状及发展趋势J矿山机械,2012 3朱颜,张雨震.矿车清扫机应用现状分析J.湖南农机,2013 4陈文,孙召瑞.一种矿车清车装置设计J,煤矿机械,20075许福玲,陈尧明.液压与气压传动,机械工业出版社,20076陈国定,吴立颜.机械设计,高等教育出版社,2013 7裘新建,机械原理课程设计,高等教育出版社,20108孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理,高等教育出版社,20159周永俊,金力.基于自锁原理的新型斜井自制动矿车设计J.煤矿机械,2014,35(07):34-36. 10黄剑. 斜井轨道运输动态跑车抓捕系统设计研究D.中国矿业大学,2014.113郑家军,史二听,郭聪.基于ADAMS的跑车防护装置动力学分析J.煤矿机械,2014,35(03):80-82.12孙远平,张利利.智能超速制动矿车的试验研究J.山东煤炭科技,2010(03):144-145. 13刘广. 新型机械式矿车防跑装置设计及动力学建模仿真D.中南大学,2009.14Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998. 15Taylor Swift, mining brake design,ASME,Pearson publishing, Inc., 1989.指导教师意见: 指导教师签名: 2018 年 3 月 10 日教研室意见: 通过,同意开题 教研室主任签名: 2018 年 3 月 12 日学院意见: 教学院长签名: 年 月 日毕业设计(论文)指导手册设计(论文)题目: 带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计 学生姓名 学号 年 级 专业(全称) 机械设计制造及其自动化 指导教师 所在学院 机电工程学院 毕业设计(论文)指导记录第一次指导记录: 指导地点 年 月 日第二次指导记录:指导地点 年 月 日第三次指导记录: 指导地点 年 月 日第四次指导记录: 指导地点 年 月 日 第五次指导记录: 指导地点 年 月 日第六次指导记录:指导地点 年 月 日第七次指导记录:指导地点 年 月 日第八次指导记录: 指导地点 年 月 日 第九次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十一次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十二次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十三次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十四次指导记录: 指导地点 年 月 日 第十五次指导记录: 指导地点 年 月 日 学生毕业设计(论文)中期汇报表学生姓名 设计(论文)题目带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计毕业设计(论文)前期工作小结自己专门制定了该论文论文工作方案,并且严格按照计划来完成,认识上集中统一,思想上高度重视。时间安排合理,从毕业论文工作启动开始,各项工作进程基本按时顺利推进。另外自己对课题有了初步了解,明白了矿车制动的一些原理以及制造结构等,对接下来的设计进程有了大体上的安排。 指导教师意见态度端正,遵守学校出勤纪律,可以主动的找导师交流。论文初步完成,结构比较严谨,逻辑性较强,文字表达准确,内容阐述比较详实,格式有些许不规范。该生在论文写作过程中,积极与指导老师进行联系,并认真完成老师所布置的任务,阅读了大量的文献资料,能够熟练掌握本专业的基础理论知识。签名: 年 月 日学生毕业设计(论文)中期情况检查表 学院名称: 机电工程学院 检查日期: 年 4 月 26 日学生姓名 设计(论文)题目带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计工作进度情况 目前基本符合工作进度,任务书以及开题报告都已按时完成并提交,另外关于设计的内容基本完成。对设计的制动矿车的总体结构设计已经大致成型,各参数的设计以及计算也已经准备就绪。 是否符合任务书要求进度是 能否按期完成任务能 工作态度情况(态度、纪律、出勤、主动接受指导等) 工作态度积极,能够按时上交以及汇报相关作业完成进度,听取问题及指导式能够做到认真细心并且做好笔记。 质量评价(针对已完成的部分) 按时完成交代的任务,并能够根据任务书的内容出色完成,能够提出自己的想法以及建议。存在问题和解决办法考虑的问题还不是很全面,一些细节方面完善的不是很好,但只要认真听取建议,并做到勤问,相信这些问题都是能够解决的。 检查人签名 教学院长签名 毕业设计(论文)指导教师评阅表学院: 机电工程学院 专业: 机械设计制造及其自动化 学生: 学号 题目: 带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计 评价项目评价要素成绩评定优良中及格不及格工作态度工作态度认真,按时出勤能按规定进度完成设计任务选题质量选题方向和范围选题难易度选题理论意义和实际应用价值能力水平查阅和应用文献资料能力综合运用知识能力研究方法与手段实验技能和实践能力创新意识设计论文质量内容与写作结构与水平规范化程度成果与成效指导教师意见建议成绩是否同意参加答辩评语: 指导教师签名:年 月 日 毕业设计(论文)评阅教师评阅表学院: 机电工程学院 专业: 机械设计制造及自动化 学生: 学号: 题目: 带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计 评价项目评价要素成绩评定优良中及格不及格选题质量选题方向和范围选题难易度选题理论意义和实际应用价值能力水平查阅和应用文献资料能力综合运用知识能力研究方法与手段实验技能和实践能力创新意识设计论文质量内容与写作结构与水平规范化程度成果与成效评阅教师意见建议成绩 是否同意参加答辩 评语: 评阅教师签名:年 月 日 毕业设计(论文)答辩及综合成绩评定表学 院 机电工程学院专 业 机械设计制造及其自动化学生姓名 学 号指导教师 设计论文题 目 带中间制动轨的单向碟簧制动式矿车设计答辩时间2018 年 5 月 29 日 14 时0 分至 14 时 15 分答辩地点 敬本楼C503答辩小组成 员姓名张元越石荣玲田晶孙健范天锦职称答辩记录提问人提问主要内容学生回答摘要 答辩记录人签名:答辩小组意见答辩评语: 答辩成绩: 答辩小组组长签名:综合成绩评定指导教师评定成绩评阅教师评定成绩答辩成绩综合评定成绩答辩委员会主任签名: 年 月 日 毕业设计(论文)外文翻译重载组合列车在直线上紧急制动的动态性能DYNAMIC PERFORMANCE OF EMERGENCY BRAKING IN A STRAIGHT LINE OF HEAVY-DUTY COMBINED TRAINS学生姓名班 级学 号学院名称专业名称指导教师摘要开发了重载列车 - 轨道耦合模型。以2104t组合列车的紧急制动为例,分析了车辆在不同位置分布的列车纵向冲量,车钩动态行为和轮轨相互作用。 结果表明,在耦合器压缩力的作用下,中间机车的耦合器可能倾斜到自由摆动极限,这导致其连接的车钩耦合器单向倾斜。 因此,耦合器的纵向力产生横向分量,然后影响轮轨的动态相互作用。 中型机车及其附近货车的性能显着恶化,成为联合列车中最危险的部分。 与机车断开的货车基本上可以使它们的联结器稳定在对中位置,即使最大的车钩纵向力作用在它上面。 其相应的行驶安全性也没有什么变化。关键词:重载列车; 纵向冲动; 车辆 - 轨道耦合动力学; 紧急制动目 录1 介绍42 火车轨道耦合动力学模型53 车辆间相互作用的子模型53.1耦合器纵向力53.2耦合器侧向力63.3耦合器垂直力74.铁路垂直截面的子模型85.耦合器和吃水器的动态行为组合列车的齿轮系统95.1列车形成和计算条件95.2在紧急制动状态下训练纵向冲击95.2耦合器和牵引系统的动力学行为105.3.1中型机车配套动力装置的动态特性105.3.2货车装备的耦合器的动态行为126重载列车在紧急制动中的动态特性146.1中间机车的动态性能146.2不同位置货车的动态性能156.3机车货车轮轨动力学指标的比较167结论18参考201 介绍重载铁路在货运中发挥着重要作用,在全球范围内取得了快速发展。然而,较长较重列车的运行对其行车安全和列车轨道系统的维护工作带来严峻挑战。列车控制引起的纵向冲动进一步恶化了这种情况。例如,由于电动制动操作1,重载机车已经脱轨,并且货车的脱轨系数增加在制动测试中被发现2。以前,CN和CPR调查了1999年至2006年间脱轨事故中失效设备的比例分布3。发现车轴/车轮的比例最大,其次是车身/车钩部件。对于轨道,几何状态占最大比例,其次是导轨故障。统计上,设备故障类型被视为脱轨的诱因。然而,现场调查对于探索特定事故与影响因素之间的相关性仍然有限。因此,评估考虑到列车在曲线上的最大力量,轮轨力量,车轮负荷减少等,需要系统地执行列车运行安全4。长期以来,重载列车动力学的研究主要是从纵向冲动的角度进行的。随着计算机技术的发展,COLE 5,6指出每个车辆以及车钩和牵引系统都应该进行详细的模拟,并考虑摩擦楔的作用机理。在他的后续工作中,将准静态耦合器侧向力的计算纳入列车纵向模型,然后用于研究耦合力对轮轨力的影响。 CHOU等人7建立了配备电控气动(ECP)制动系统的列车纵向动力学模型。 NASR和MOHAMMADI 8研究了制动延迟对货车纵向冲击的影响。 QI等人9将冲击力的表达式引入计算耦合力的研究中,以研究列车定位操作。 AFSHARI等10建立了空气制动力模型,该模型考虑了空气流动,燃气泄漏,制动管道等。到目前为止,列车纵向动力学的研究方法已趋于成熟。考虑到严重的纵向冲击和轮轨动态相互作用共存in重载列车,众多学者着重研究了耦合器和制动力对列车运行安全性的影响。陈11发现,如果存在耦合器侧向倾斜角,耦合器纵向力会影响其横向分力,轨道不规则性也可能引起耦合器力的传递。为了防止耦合力引起的运行风险,应该限制耦合器的倾斜角度,并且需要加强轨道结构。为了研究通过开关部分的列车的制动安全性,PUGI等12建立了一种由1-DOF车辆组成的混合列车模型和一些多自由度汽车。ZHANG DHANASEKAR 13指出,轨道不平顺和制动力矩的综合作用可能会明显影响车轮载荷的减少。为了评估制动过程中的弯曲性能,YANG等14建立了SIMPACK中由不同自由度车辆组成的混合列车模型,并考虑了缓冲滞后特性和气动制动力的非线性因素。 ALLOTA等15在试验台上开发了一种硬件在环路(HIL)结构,以在制动情况下再现粘附现象,这也可用于研究铁路车辆的制动行为。 WEI等16基于理论火车模型和实验室推进试验,分析了在列车压缩力作用下耦合器的防折叠机理。综上所述,重载运行安全性的研究取得了重大进展。但是,还存在一些问题需要进一步研究,如长列车和弹性跑道的综合建模方法,列车纵向冲动与轮轨相互作用的关系等。本文通过考虑耦合器和牵引系统的动力学行为,建立了一个三维列车 - 轨道耦合动力学模型。以2104t组合列车的紧急制动情况为例,分析车辆在不同位置分布的轮轨动力相互作用,提取列车危险部位。 在以下内容中,首先介绍了列车 - 轨道耦合模型。2 火车轨道耦合动力学模型基于已被广泛应用于重载铁路动力学的车辆 - 轨道耦合动力学理论18,建立了重载列车 - 轨道耦合动力学模型(见图1)18-20。该模型涉及机车,货车,轮轨相互作用,车辆间相互作用等子系统。其中,前面的子模型的详细数学描述可以在文献17,19中找到。具体来说,下面将说明车辆间交互的建模方法。应该强调的是,在列车动力学分析中,重点车辆通常是受到大耦合器力的机车或在发生最大纵向冲击的位置处的货车。因此,为了方便有效地计算,可以通过三维车辆轨道耦合动力学模型来模拟聚焦车辆,而另一些被简化为单质量模型。3 车辆间相互作用的子模型车辆间相互作用主要用于表示相邻车辆之间的动态耦合力。从三个方面来看,具体方法如下。3.1耦合器纵向力图2显示了耦合器和牵引装置系统的动态模型,其中系统被简化为具有滞后特性的非线性力函数。在这个图中,F0和F1分别是准静止耦合器的力和初始压力。 FC和FE表示无成色剂松弛和最大弹性压缩量的草案。 Fd为阻尼力,定义为加载力与卸载力的差值的一半21。 当缓冲变形变化时,动态耦合器力将在由加载和卸载曲线所界定的区域内变化。如果纵向相对位移x之间耦合器纵向力Fc为Fc= 0(1)如果相对位移在耦合器自由松弛和牵引装置的最大压缩量之间变化,则耦合器力取决于车辆间相对位移x和速度v。x 0和x 0的伸展状态。在这种情况下,如果v 0,则耦合器力将增加,沿着虚线变化。如果v0,则耦合器力将减小,如箭头所指沿实线变化。如果v= 0,则力根据准静态力的趋势(F0)而变化。 至于压缩区的x0,其工作原理相似。 为了减少由v的突然变化引起的数值振荡在正负之间,开关速度vf被介绍,可以被看作是一个中介v0和v0之间的区间。然后是耦合器的力量可以统一表示为如果相对位移大于最大变形,那么其中v表示车辆间相对速度,FBUF是牵引装置在其最大行程中的反作用力,Ks表示车辆底盘的结构刚度。3.2耦合器侧向力耦合器侧向力与耦合器侧向摆动角度密切相关。假定两个相邻车辆之间的耦合器作为刚性直杆连接在一起而没有相对旋转。当顶视图中顺时针旋转拔模钥匙时,相对于车身的车钩摆动角度定义为正值,否则为负值。在直线上,车钩摆动角主要受相邻两车相对位移的影响,如图3所示。如果车辆沿着轨迹中心线直线运行,则车身中心线与连接耦合器轭键的线为零。一旦车身在其他方向上具有空间运动,前后车辆中的牵伸键的横向位移可以被计算为第i个车体的横摇角和横摆角; hCGI和lCGI分别表示耦合器与第i个车体质心的垂直距离; 对于前后车辆,i = 1,2,依次。耦合器相对于其居中位置的夹角为其中L1和L2代表前部和后部的长度耦合器,分别可以表示耦合器摆动角度1和2在实践中,耦合器摆角的幅度是受耦合器和牵引装置的结构限制v系统。一旦车钩摆动超出自由摆动极限,将产生一个恢复扭矩(M)以抵抗其摆动运动。以一对耦合器作为分析对象,作用在图3中的牵引键1和2上的耦合器横向力可以计算为其中M1和M2是作用在前后联轴器上的恢复力矩。3.3耦合器垂直力对于非刚性联轴器,连接的联轴器头允许它们的垂直相对运动。因此,传递的最大力是最大静摩擦力。耦合器垂直力的力学模型如图4所示,其中耦合器本体被认为是固定在其相应车身上的刚性杆。相关研究表明,耦合器惯性对车钩力的影响很小22,因此车钩本身的振动被忽略。机动车系统运动是影响耦合器垂直力的主要因素。如果耦合器纵向相对位移小于耦合器自由松弛,则F部分= 0。 否则,计算在两个条件下讨论。分是耦合器的垂直等效刚度,vr是开关速度,0是摩擦系数。4.铁路垂直截面的子模型梯度函数i随线长l变化。在实际线的坡度变化点处,通常插入垂直曲线以连接相邻的坡道,这可能会降低坡度变化率。图5显示了斜坡和垂直曲线之间的几何关系。垂直曲线的长度为Lvc2L此,其切线长度为L此Rvci/ 2000,其中i为梯度差的千分之一在相邻的斜坡之间。 然后,垂直距离可以计算为对于凸曲线和凹曲线,分别选择的上方和下方符号。5.耦合器和吃水器的动态行为组合列车的齿轮系统5.1列车形成和计算条件在中国的煤炭专线中,重载单元列车和组合列车是目前通常应用的两种主要编组类型。他们的牵引重量在1104吨到2104吨的范围内。 在本节中,以HXD + 105C80 + HXD + 105C80 +列尾装置编组模式为2104t列作为研究对象。 机车HXD的耦合器DFC-E100的自由摆动角度为3。 货车C80与16号车钩和MT-2型牵引装置组装在一起。 选择制动初速为80 km / h的紧急制动作为研究工况。大秦铁路和朔黄铁路上下线最大梯度分别为4和12,最大梯度差达到8。根据实际线条数据,设置6条线条件,包括直线,8梯度差的凸凹曲线,以及4,-4和-12梯度的三条斜线。在初始阶段,垂直曲线的等级变化点位于列车的中间。5.2在紧急制动状态下训练纵向冲击基于第2节的数值模型,首先分析列车紧急制动的纵向动力学。在气动制动力的计算中,使用了2104t组合列车在紧急制动情况下的测试制动缸压力24,如图6所示。不同车辆的制动缸压力不同趋势和其他车辆的压力可以通过给定的内插计算来获得曲线。然后,可以容易地计算出制动力。图7比较了在不同线路条件下沿列车长度的耦合器力分布。可以发现,在大多数线路中,最大耦合器拉力发生在98-110个耦合器的位置,其分布在904-1014kN的范围内。对于耦合器压缩力,直线和单梯度斜坡条件下的峰值为1523 kN,而凸曲线中的峰值降至924 kN。最大压缩力发生在凹曲线上,超过2100 kN。同时也表明,无垂线曲线的模拟结果相差不大,这意味着梯度差异比梯度有更显着的影响。此外,需要说明的是,2007年7月曾在大秦铁路一匝斜坡上进行过类似的紧急制动试验。联合列车的受试压缩耦合力为1471 kN,出现在中间车辆(第105辆车)25,这与计算结果非常吻合。5.2耦合器和牵引系统的动力学行为5.3.1中型机车配套动力装置的动态特性图8显示了关闭中间机车的聚焦耦合器,其中F,B代表车辆中的前后连接器,数字表示耦合器序列号。以凹曲线状况为例,机车耦合器的侧向力如图9所示。一旦列车在紧急情况下刹车,耦合力的整体趋势相对于零位呈现出明显的增加,尤其是作用于机车。幅度达到64 kN。为了耦合器连接货车,相应的侧向力在一个小范围内变化,最大值不超过25kN。因此,中间机车两端将承受大而长的车钩侧向力,无疑会威胁到其行驶安全装置。对于第四机车,分析了耦合器倾斜状态与列车纵向冲力之间的关系。图10反映了耦合器纵向力对其侧向摆角的影响。在不同的线路中,车钩压缩力逐渐增大。大约在刹车开始的10秒内,耦合器在其对中位置附近波动。当联轴器压缩力增加到约420kN时,联轴器快速单向旋转,然后稳定,达到自由摆动角度的极限。随着列车在耦合器纵向力变化的情况下延伸,耦合器返回其对中位置。另外,在凹曲线,直线和凸曲线中,耦合器压缩状态的持续时间依次缩短,导致耦合器倾斜状态的相应保持时间有序减小。需要指出的是,耦合器倾斜方向实际上具有一定的随机性。而且耦合器倾斜现象也与其结构风格有关。如果耦合器配备了提供有效和大的恢复力的耦合器喇叭或耦合器轭键,则难以在压缩力下倾斜。否则,耦合器将相对容易倾斜。5.3.2货车装备的耦合器的动态行为当中间机车的耦合器侧向倾斜时,连接的车钩耦合器的动态行为将受到影响。图11显示了耦合器第四机车后面的货车的摆动角度和车钩侧向力。在压缩力作用下,前联轴器相对于其中心位置明显倾斜,最大倾角达到0.054弧度。耦合器力的横向分量增加到55kN。相反,后连接器基本上在对中位置摆动。其摆幅和耦合器侧向力分别低于0.01 rad和25 kN。在2104吨列车中,另一辆应该集中的货车是受到最大车钩力的货车。 图12给出了最大耦合器力与后连接器摆角之间的变化关系。无论如何耦合器的纵向力如何变化仍然在原来的对中位置附近摆动。在2104t组合列车中,中间机车的车钩倾斜现象主要影响连接车车钩的行为,而其他位置的车钩受到的影响较小。 这是因为货车的车钩稳定能力强于机车。6重载列车在紧急制动中的动态特性6.1中间机车的动态性能当列车采用直线,凸凹曲线进行紧急制动时,第四机车的轮对侧向力在图13中进行比较。在不同的线路中,机车耦合器无一例外地倾斜,这导致局部突变的轮轨力在15-20秒的时间间隔内。轮对横向力达到最大值。轮对横向力的一般变化趋势与机车耦合器的倾斜方向有关。在凸曲线和凹曲线中,耦合器的倾斜方向如图14(a)所示。从力平衡的角度来看,作用在机车两端的耦合力(Fc1,Fc2)产生顺时针的力矩。 每个轮对都需要相反的力来平衡机车到新的平衡状态。 因此,额外的轮对侧向力如Fy1和Fy4将发生。 同时,耦合力传递到轮对,然后围绕X轴的感应轮对滚动导致车轮荷载传递。在直线上,耦合器的倾斜方向相反,如图14(b)所示。作用在机车上的车钩力(Fc1,Fc2)产生一个逆时针的力矩,这使得附加的轮对横向6.2不同位置货车的动态性能对于货车,分别选择第106位和第130位进行分析,分别位于第4机车后面并接近最大车钩力。图15显示了耦合器纵向力和第106辆货车的车钩倾斜角度。在凸形垂直曲线和凹形曲线中,前连杆摆动角引起附加轮对侧向力Fy1,而后连杆基本停留在对中位置附近。 并且在直线上,前部车钩力导致相反方向的额外轮对侧向力(见图15(b)。 值得注意的是,车前连杆的倾角峰值达到0.054弧度(约3.1),这等于机车车钩的最大自由摆角,但远低于16号车钩的自由摆角。对于第106和第130货车,紧急制动中的轮轨力的变化在图16中进行比较。在15-20秒的时间间隔内,第106辆车的车轴1的轮对侧向力全部增加。对于轴4,侧向力在平均值附近波动,并且它们的变化趋势几乎没有变化。车上车钩的稳定性非常强。车钩耦合器的倾斜主要受机车耦合器的影响。6.3机车货车轮轨动力学指标的比较选择中间机车和货车中的四个轮对作为比较对象(参见图17)。 A和B代表第四机车的第一和第四轮对,C和D分别代表第106和第130机车的第一轮组。所有车辆具有相同的属性,在紧急制动时承受大的压缩耦合器力。以轮对侧向力,轮轨垂直力,脱轨系数和轮载减载率作为研究动态指标,图18显示了不同车辆各项指标的最大值。一般来说,车辆的轮轨横向相互作用受列车纵向冲击的影响更大,特别是中间机车。对于在三线条件下,轮对A和轮对B的横向力的平均值依次达到43.6kN和38.7kN,而轮对B和C的平均值依次为27.5kN和11kN。通过比较,力量的最大差异大于30千牛,这意味着机车的轮轨横向相互作用比第106和第133辆货车更加剧烈。从轮对A,B,C和D的垂直力来看,它们在三线条件下的相应平均值为157.7kN,161.5kN,143.7kN和142.6kN,彼此之间的差异低于20kN。至于轮对A,B,C和D的脱轨系数,不同线的平均幅度分别为0.25,0.26,0.22和0.18。尽管彼此之间的最大差异为0.07,但差异百分比已接近30。类似地,所研究的轮对的轮负荷减少率的最大差异小于0.05,但其相应的百分比接近24。一般情况下,对于2104t动力分散列车在不同垂直路段进行紧急制动的情况,中间机车的轮轨动态性能最为剧烈,其次为邻近货车。 对于与机车断开连接的货车,即使它们承受最大耦合力,纵向冲击对其行驶安全装置的影响最小。7结论当2104t列车在不同的垂直部分紧急制动时,车钩和牵引装置系统主要受到压缩。 在凹曲线部分中,最大的耦合器纵向力发生猛烈的纵向冲击。当两列连接的机车布置在列车的中间位置时,机车的中间连接器在连接器压缩力的作用下容易倾斜到车钩自由摆动角度的极限值。这导致连接的货车连接器的相同现象。然而,与中间机车断开连接的车箱连接器基本上保持居中位置,即使它们承受较大的连接器力。这可以归因于车钩的更强的稳定能力。受中间车钩倾斜的影响,中间机车的轮轨横向相互作用明显加剧,成为组合列车中最危险的部位。同时,连接车的动态性能也明显下降,而与中间机车断开的车的动态性能变化不大。与轮轨垂直相互作用相比,列车纵向冲力对横向相互作用的影响更为显着。在实际操作中一旦实施制动控制,组合火车,中型机车的运行安全装置应该受到更多的关注。参考1 王娟耦合器牵引力对纵向应力作用下重载列车安全性的影响D。成都:西南交通大学,2009。(中文)2 程海涛方克娟货车制动及匀速行驶工况的动态模拟J。 Rolling Stock,1999,37(11):9-11。(用中文(表达)英文GW,MOYNIHAN T W.事故原因和缓解策略R。金士顿安大略省:TranSys研究有限公司,2007.3 WILSON N,FRIES R,WITTE M.使用模拟和车辆验收测试对脱轨安全性的评估:全球比较最先进的评估方法J。 Vehicle System Dynamics,2011,49(7):1113-1157。4 COLE C.纵向模拟车辆连接建模的改进C /铁路工程会议论文集。罗克汉普顿:工程学院,1998年:187-194。5 长途列车车厢不稳定性J。 Vehicle System Dynamics,2012,50(Suppl。):303-317。6 CHOU M,X X X,KAYSER C.装载电控气动刹车系统的重载列车建模与模型验证J。 Control Engineering Practice,2007,15:501-509。7 NASR A,MOHAMMADI S.列车制动延迟时间对列车内力的影响J。 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part F:Journal of Rail and Rapid Transit,2010,224:523-534。8 齐朝晖黄志浩孔宪超长货运列车在定位作业中的纵向动力学仿真J。 Vehicle System Dynamics,2012,50(9):1409-1433。9 AFSHARI A,SPECCHIA S,SHABANA A A.一种列车空气制动力模型:汽车控制单元和数值结果J。 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,PartF:Journal of Rail Rapid Transit 2012,227(1):38-55。10 CHEN D.纵向缓冲力作用下耦合器千斤顶的脱轨风险J。 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part F:Journal of Rail and Rapid Transit,2010,224:483-490。11 PUGI L,RINDI A,ERCOLE A G.关于在意大利货运列车上应用不同制动装置的初步研究J。 Vehicle System Dynamics,2011,49(8):1339-1365。12 ZHANG ZY,DHANASEKAR M.铁路货车在有缺陷轨道上受制动力矩的动态J。 Vehicle System Dynamics,2012,50(1):109-131。13 杨良良康宇罗世辉制动条件下重载列车弯曲性能的评估J。现代交通运输学报,2015,23(3):169-175。14 在这种情况下,铁路车辆的动力学性能会受到影响。国际铁路技术学报,2014,2(3):21-53。15 魏磊曾靖王群生铁路车辆制动过程中的列车稳定性和安全评估研究J。机械科学与技术,2016,30(4):1507152516 翟万明。车轨耦合动力学M。第四版,北京:科学出版社,2015.(中文)17 翟婉明高建明刘鹏飞基于轮轨动力相互作用的重载铁路曲线减少铁路侧面磨损J。 Vehicle System Dynamics,2014,52(Suppl。):440-454。18 刘鹏飞翟万明王开运重载列车轨道耦合系统三维动力学模型的建立与验证J。 Vehicle System Dynamics,2016,54(11):1511-1537。19 刘鹏飞王开运翟万明驾驶条件下重载机车与轨道的动力学相互作用J。西南交通大学学报,2014,49(1):15-20。(用中文(表达)20 王福田车辆系统动力学M。北京:中国铁道出版社,1994.(中文)21 MASSA A,STRONATI L,ABOUBAKR A K.非惯性系统的数值研究:在列车车钩系统中的应用J。非线性动力学,2012,68:215-233。22 易思荣铁路工程M。第二版。北京:中国铁道出版社,2009。(中文)23 机车与汽车研究所。大秦铁路20000 t重载列车试验研究R。北京:中国铁道科学研究院,2007.(中文)24 陶强姚小培吴培元孙德焕大秦线20000 t重载组合列车在制动试验中的耦合器纵向力比较分析C /中国铁道学会第12届汽车制动研讨会论文集。无锡:中国铁道学会,2009:40-62。52
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