淺談貨物列車縱向沖動(dòng)問題分析研究論文
論文關(guān)鍵詞：貨物列車；動(dòng)力學(xué)；縱向沖動(dòng)
論文摘要：總結(jié)了貨物列車縱向沖動(dòng)的基本因素，從貨物列車制動(dòng)、車鉤間隙、司機(jī)操縱等方面，分析研究了對(duì)貨物列車縱向沖動(dòng)的影響，并提出了改善貨物列車縱向沖動(dòng)的措施。
1影響貨物列車縱向沖動(dòng)的因素
列車的縱向運(yùn)動(dòng)分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)2種。根據(jù)列車縱向動(dòng)力學(xué)的理論分析和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，貨物列車的縱向沖動(dòng)發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)的列車運(yùn)行過程中。包括機(jī)車啟動(dòng)時(shí)，牽引力傳輸引起縱向沖動(dòng)的啟動(dòng)工況；列車制動(dòng)或制動(dòng)緩解過程中，制動(dòng)力傳輸引起縱向沖動(dòng)的制動(dòng)工況：各車輛之間的非剛性連結(jié)車鉤緩沖裝置引起的縱向沖動(dòng)等。而穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)是列車在常力或緩變力作用下的運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，列車中各車之間的相對(duì)位移量極其微小，對(duì)列車的縱向運(yùn)動(dòng)沒有明顯影響。
影響貨物列車縱向沖動(dòng)的因素按其變化情況，可以分為在運(yùn)行過程中保持不變的因素和在運(yùn)行過程中隨時(shí)間變化的因素2大類。
1．1在運(yùn)行過程中保持不變的因素
(1)列車編組情況及有關(guān)的初始條件，如機(jī)車車輛的重量等。
(2)列車的編組輛數(shù)和長(zhǎng)度。
(3)車鉤緩沖器類型和車鉤間隙。
(4)機(jī)車車輛制動(dòng)機(jī)的類型。
1．2在運(yùn)行過程中隨時(shí)間變化的因素
(1)空氣制動(dòng)系統(tǒng)各部分的壓力分布情況，包括列車管、副風(fēng)缸和制動(dòng)缸的壓力以及漏泄量，與列車管的減壓或增壓速度、司機(jī)的操縱方式等有關(guān)。
(2)閘瓦或閘片與車輪踏面或制動(dòng)盤的摩擦，是摩擦副形式，是運(yùn)行速度、閘瓦壓力、溫度等的函數(shù)。
(3)機(jī)車的動(dòng)力制動(dòng)力與操縱方式、速度有關(guān)。
(4)列車的運(yùn)行阻力包括空氣阻力、軸承摩擦阻力和輪軌阻力。
(5)線路縱斷面的坡道和曲線情況等。
2影響貨物列車縱向沖動(dòng)因素的分析
2．1貨物列車在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)沖動(dòng)的主要因素
2．1．1空重車混編的影響
隨著車輛技術(shù)的發(fā)展，貨車的載重在增加而自重逐漸減輕．空車與重車之間重量的差別越來越大，貨車自重系數(shù)越來越小。因此，貨物列車在制動(dòng)時(shí)，空車和重車的制動(dòng)率大小不一致．造成空車和重車的減速度不一致，從而產(chǎn)生貨物列車的制動(dòng)沖動(dòng)。在列車空重車混編時(shí)，特別是“重+空+重”的編組形式是最不利的。在列車變化操縱的非穩(wěn)態(tài)工況下(如制動(dòng)、緩解、調(diào)速等)，前后重車很容易對(duì)中間空車造成“前阻后涌”的情況，還有可能使空車產(chǎn)生壓屈上浮(減載)，進(jìn)而造成脫軌。
2．1．2列車管減壓速度的影響
由于貨物列車運(yùn)行速度提高、編組加長(zhǎng)、載重加大，列車中每一輛車的制動(dòng)作用不是同時(shí)發(fā)生的，列車管減壓逐漸從前端車輛傳遞到后部車輛，即列車前部制動(dòng)力形成早、上升快．后部車輛制動(dòng)力形成晚而慢，這就不可避免地使貨物列車產(chǎn)生縱向沖動(dòng)。
制動(dòng)作用是沿列車長(zhǎng)度方向由前向后發(fā)生的，制動(dòng)作用發(fā)生的快慢，取決于列車管的減壓速度，減壓速度越快．制動(dòng)波速越高，列車前后部制動(dòng)作用的同時(shí)性越好。這既可縮短制動(dòng)距離，確保列車行車安全，又可有效地緩和列車的制動(dòng)沖動(dòng)。
2．1．3制動(dòng)缸壓力上升特性的影響
根據(jù)列車制動(dòng)過程中各車輛制動(dòng)缸壓力的變化和分布情況，整個(gè)制動(dòng)過程可劃分為4個(gè)階段。第1階段由于制動(dòng)作用使列車中部產(chǎn)生的靜壓縮力最大，第2階段產(chǎn)生的動(dòng)壓縮力與第1階段產(chǎn)生的靜縮力之和為總壓縮力�？倝嚎s力使車鉤緩沖器彈簧的壓縮量達(dá)到最大，總壓縮力大到一定值時(shí)，使車鉤緩沖器變成剛體失去緩沖作用，造成列車更大的制動(dòng)沖擊。如何兼顧減輕沖擊和不延長(zhǎng)制動(dòng)距離這2個(gè)方面的要求，解決的辦法是制動(dòng)缸變速充氣。
列車制動(dòng)過程中形成的沖擊力大小，與牽引緩沖裝置的特性有關(guān)。當(dāng)牽引緩沖裝置具有2種剛度時(shí)，它的全部動(dòng)程可分為2部分。第1部分動(dòng)程剛度較�。惺芤话愕臎_擊載荷。在受到較大的沖擊力時(shí)才開始第2部分動(dòng)程。所以，在制動(dòng)之初，為了爭(zhēng)取時(shí)間，可以讓制動(dòng)缸壓力很快地由0躍升到某一個(gè)數(shù)值P1(圖1)，條件是由于P1引起的列車沖擊力不超過緩沖器第1部分動(dòng)程所允許的數(shù)值。然后，使制動(dòng)缸壓力上升的速度變慢，即進(jìn)入緩升階段，直至列車達(dá)到完全壓縮狀態(tài)，即沖擊的危險(xiǎn)過去之后，再讓制動(dòng)缸壓力第2次躍升，直到制動(dòng)缸壓力達(dá)到最高允氣斥力為止。這時(shí)產(chǎn)生的壓縮是靜力壓縮，其值稍大些也沒有危險(xiǎn)。
2．2車鉤間隙對(duì)縱向沖動(dòng)的影響
我國的主型車鉤為13號(hào)車鉤，其縱向間隙為19．5mm，對(duì)于5000t以上的重載列車來說，加上緩沖器的變形，可造成5m以上的累計(jì)間隙，從而使列車在沖動(dòng)過程中車輛問隙產(chǎn)生很大的相對(duì)加速度。13號(hào)車鉤的縱向間隙雖為19．5mm，只占整個(gè)車輛的縱向間隙的較小部分，但是，其危害性卻是很大的。由于很大的相對(duì)加速度，導(dǎo)致列車產(chǎn)生2～3倍的縱向沖擊力，這種縱向沖擊力是影響重載列車運(yùn)行安全和車輛零部件損壞的重要原因之一。因此，通過縮小車輛的縱向問隙來降低列車的縱向沖擊力是非常必要的。
表1列舉了幾種不同重載列車因車鉤間隙不同引起縱向力變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表1可以看出，車輛的縱向間隙越大，受拉列車的制動(dòng)沖擊力越大。因此，車輛的縱向間隙是造成重載列車的制動(dòng)縱向沖擊力過大的重要原因。
2．3因司機(jī)操縱使列車產(chǎn)生縱向沖動(dòng)的幾種情況
(1)列車在中低速運(yùn)行時(shí)，如司機(jī)操縱使用制動(dòng)機(jī)減壓量過大，容易造成列車縱向沖動(dòng)；如司機(jī)使用制動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)減壓量過小，列車主管制動(dòng)波速過慢，列車制動(dòng)機(jī)前后作用不一致，也容易產(chǎn)生列車縱向沖動(dòng)。
(2)列車在到站停車時(shí)，由于刮機(jī)采取2次或多次制動(dòng)，使得列車主管尾部風(fēng)還未來得及充滿，而又再次施行制動(dòng)，就會(huì)造成列車縱向沖動(dòng)。
(3)列車在下坡車站起動(dòng)和運(yùn)行中，由于刮機(jī)提回手柄過快，機(jī)車牽引力瞬問增大，造成列車沖動(dòng)在坡度突然變陡處，由于司機(jī)提回手柄較晚，造成列車在惰力運(yùn)行中發(fā)生縱向沖動(dòng)。
2．4影響貨物列車縱向沖動(dòng)因素的總結(jié)
(1)在列車加速過程中，隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車縱向沖動(dòng)將有所增大。
(2)減小列車車鉤縱向連掛問隙，可以降低列車在不同速度等級(jí)下的縱向沖動(dòng)水平，減小列車縱向沖動(dòng)發(fā)生的概率。
(3)延長(zhǎng)制動(dòng)缸充氣時(shí)間可以減輕縱向沖力，但延長(zhǎng)了緊急制動(dòng)距離。
(4)縱向沖動(dòng)隨列車制動(dòng)減壓量和列車制動(dòng)率的增力口而增大。
3改善貨物列車縱向沖動(dòng)的措施
(1)推廣運(yùn)用密接式車鉤或小間隙車鉤。
(2)采用列車縱向沖動(dòng)儀。目前鐵道部裝備部組織開發(fā)的列車縱向沖動(dòng)儀，有利于定量確定縱向沖動(dòng)情況，提高司機(jī)的操作水平。
(3)加強(qiáng)列車的平穩(wěn)操縱，應(yīng)“嚴(yán)守速度、防止超速”。當(dāng)動(dòng)力制動(dòng)不能控制列車速度時(shí)，及時(shí)配合使用空氣制動(dòng)。
(4)在現(xiàn)有自動(dòng)無級(jí)空重車調(diào)整裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，考慮采用壓力測(cè)重方式的測(cè)重裝置，可以最大限度地避免振動(dòng)對(duì)測(cè)重精度的影響，測(cè)得信號(hào)以空氣壓力形式傳給控制閥。也可考慮采用客車平衡閥的結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)類似客車的精確測(cè)重，但方式與問接作用式制動(dòng)機(jī)聯(lián)合使用較為理想。
(5)應(yīng)充分考慮高速、重載、長(zhǎng)大編組列車的制動(dòng)沖擊問題研制新型車輛制動(dòng)機(jī)，著重考慮通過列車管的局部減壓來提高列車管的減壓速度，減輕貨物列車制動(dòng)沖擊。
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