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淺談貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)問(wèn)題分析研究
論文關(guān)鍵詞：貨物列車(chē)；動(dòng)力學(xué)；縱向沖動(dòng)
論文摘要：總結了貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的基本因素，從貨物列車(chē)制動(dòng)、車(chē)鉤間隙、司機操縱等方面，分析研究了對貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的影響，并提出了改善貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的措施。
1影響貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的因素
列車(chē)的縱向運動(dòng)分為穩態(tài)和非穩態(tài)2種。根據列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)的理論分析和實(shí)際試驗結果，貨物列車(chē)的縱向沖動(dòng)發(fā)生在非穩態(tài)的列車(chē)運行過(guò)程中。包括機車(chē)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(chē)制動(dòng)或制動(dòng)緩解過(guò)程中，制動(dòng)力傳輸引起縱向沖動(dòng)的制動(dòng)工況：各車(chē)輛之間的非剛性連結車(chē)鉤緩沖裝置引起的縱向沖動(dòng)等。而穩態(tài)運動(dòng)是列車(chē)在常力或緩變力作用下的運動(dòng)。在這種情況下，列車(chē)中各車(chē)之間的相對位移量極其微小，對列車(chē)的縱向運動(dòng)沒(méi)有明顯影響。
影響貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的因素按其變化情況，可以分為在運行過(guò)程中保持不變的因素和在運行過(guò)程中隨時(shí)間變化的因素2大類(lèi)。
1．1在運行過(guò)程中保持不變的因素
(1)列車(chē)編組情況及有關(guān)的初始條件，如機車(chē)車(chē)輛的重量等。
(2)列車(chē)的編組輛數和長(cháng)度。
(3)車(chē)鉤緩沖器類(lèi)型和車(chē)鉤間隙。
(4)機車(chē)車(chē)輛制動(dòng)機的類(lèi)型。
1．2在運行過(guò)程中隨時(shí)間變化的因素
(1)空氣制動(dòng)系統各部分的壓力分布情況，包括列車(chē)管、副風(fēng)缸和制動(dòng)缸的壓力以及漏泄量，與列車(chē)管的減壓或增壓速度、司機的操縱方式等有關(guān)。
(2)閘瓦或閘片與車(chē)輪踏面或制動(dòng)盤(pán)的摩擦，是摩擦副形式，是運行速度、閘瓦壓力、溫度等的函數。
(3)機車(chē)的動(dòng)力制動(dòng)力與操縱方式、速度有關(guān)。
(4)列車(chē)的運行阻力包括空氣阻力、軸承摩擦阻力和輪軌阻力。
(5)線(xiàn)路縱斷面的坡道和曲線(xiàn)情況等。
2影響貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)因素的分析
2．1貨物列車(chē)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(chē)混編的影響
隨著(zhù)車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展，貨車(chē)的載重在增加而自重逐漸減輕．空車(chē)與重車(chē)之間重量的差別越來(lái)越大，貨車(chē)自重系數越來(lái)越小。因此，貨物列車(chē)在制動(dòng)時(shí)，空車(chē)和重車(chē)的制動(dòng)率大小不一致．造成空車(chē)和重車(chē)的減速度不一致，從而產(chǎn)生貨物列車(chē)的制動(dòng)沖動(dòng)。在列車(chē)空重車(chē)混編時(shí)，特別是“重+空+重”的編組形式是最不利的。在列車(chē)變化操縱的非穩態(tài)工況下(如制動(dòng)、緩解、調速等)，前后重車(chē)很容易對中間空車(chē)造成“前阻后涌”的情況，還有可能使空車(chē)產(chǎn)生壓屈上浮(減載)，進(jìn)而造成脫軌。
2．1．2列車(chē)管減壓速度的影響
由于貨物列車(chē)運行速度提高、編組加長(cháng)、載重加大，列車(chē)中每一輛車(chē)的制動(dòng)作用不是同時(shí)發(fā)生的，列車(chē)管減壓逐漸從前端車(chē)輛傳遞到后部車(chē)輛，即列車(chē)前部制動(dòng)力形成早、上升快．后部車(chē)輛制動(dòng)力形成晚而慢，這就不可避免地使貨物列車(chē)產(chǎn)生縱向沖動(dòng)。
制動(dòng)作用是沿列車(chē)長(cháng)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(chē)管的減壓速度，減壓速度越快．制動(dòng)波速越高，列車(chē)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(chē)行車(chē)安全，又可有效地緩和列車(chē)的制動(dòng)沖動(dòng)。
2．1．3制動(dòng)缸壓力上升特性的影響
根據列車(chē)制動(dòng)過(guò)程中各車(chē)輛制動(dòng)缸壓力的變化和分布情況，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程可劃分為4個(gè)階段。第1階段由于制動(dòng)作用使列車(chē)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(chē)鉤緩沖器彈簧的壓縮量達到最大，總壓縮力大到一定值時(shí)，使車(chē)鉤緩沖器變成剛體失去緩沖作用，造成列車(chē)更大的制動(dòng)沖擊。如何兼顧減輕沖擊和不延長(cháng)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(chē)制動(dòng)過(guò)程中形成的沖擊力大小，與牽引緩沖裝置的特性有關(guān)。當牽引緩沖裝置具有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(kāi)始第2部分動(dòng)程。所以，在制動(dòng)之初，為了爭取時(shí)間，可以讓制動(dòng)缸壓力很快地由0躍升到某一個(gè)數值P1(圖1)，條件是由于P1引起的列車(chē)沖擊力不超過(guò)緩沖器第1部分動(dòng)程所允許的數值。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(chē)達到完全壓縮狀態(tài)，即沖擊的危險過(guò)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(méi)有危險。
2．2車(chē)鉤間隙對縱向沖動(dòng)的影響
我國的主型車(chē)鉤為13號車(chē)鉤，其縱向間隙為19．5mm，對于5000t以上的重載列車(chē)來(lái)說(shuō)，加上緩沖器的變形，可造成5m以上的累計間隙，從而使列車(chē)在沖動(dòng)過(guò)程中車(chē)輛問(wèn)隙產(chǎn)生很大的相對加速度。13號車(chē)鉤的縱向間隙雖為19．5mm，只占整個(gè)車(chē)輛的縱向間隙的較小部分，但是，其危害性卻是很大的。由于很大的相對加速度，導致列車(chē)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(chē)運行安全和車(chē)輛零部件損壞的重要原因之一。因此，通過(guò)縮小車(chē)輛的縱向問(wèn)隙來(lái)降低列車(chē)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(chē)因車(chē)鉤間隙不同引起縱向力變化的實(shí)驗結果。由表1可以看出，車(chē)輛的縱向間隙越大，受拉列車(chē)的制動(dòng)沖擊力越大。因此，車(chē)輛的縱向間隙是造成重載列車(chē)的制動(dòng)縱向沖擊力過(guò)大的重要原因。
2．3因司機操縱使列車(chē)產(chǎn)生縱向沖動(dòng)的幾種情況
(1)列車(chē)在中低速運行時(shí)，如司機操縱使用制動(dòng)機減壓量過(guò)大，容易造成列車(chē)縱向沖動(dòng)；如司機使用制動(dòng)機調速時(shí)減壓量過(guò)小，列車(chē)主管制動(dòng)波速過(guò)慢，列車(chē)制動(dòng)機前后作用不一致，也容易產(chǎn)生列車(chē)縱向沖動(dòng)。
(2)列車(chē)在到站停車(chē)時(shí)，由于刮機采取2次或多次制動(dòng)，使得列車(chē)主管尾部風(fēng)還未來(lái)得及充滿(mǎn)，而又再次施行制動(dòng)，就會(huì )造成列車(chē)縱向沖動(dòng)。
(3)列車(chē)在下坡車(chē)站起動(dòng)和運行中，由于刮機提回手柄過(guò)快，機車(chē)牽引力瞬問(wèn)增大，造成列車(chē)沖動(dòng)在坡度突然變陡處，由于司機提回手柄較晚，造成列車(chē)在惰力運行中發(fā)生縱向沖動(dòng)。
2．4影響貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)因素的總結
(1)在列車(chē)加速過(guò)程中，隨著(zhù)列車(chē)運行速度的提高，列車(chē)縱向沖動(dòng)將有所增大。
(2)減小列車(chē)車(chē)鉤縱向連掛問(wèn)隙，可以降低列車(chē)在不同速度等級下的縱向沖動(dòng)水平，減小列車(chē)縱向沖動(dòng)發(fā)生的概率。
(3)延長(cháng)制動(dòng)缸充氣時(shí)間可以減輕縱向沖力，但延長(cháng)了緊急制動(dòng)距離。
(4)縱向沖動(dòng)隨列車(chē)制動(dòng)減壓量和列車(chē)制動(dòng)率的增力口而增大。
3改善貨物列車(chē)縱向沖動(dòng)的措施
(1)推廣運用密接式車(chē)鉤或小間隙車(chē)鉤。
(2)采用列車(chē)縱向沖動(dòng)儀。目前鐵道部裝備部組織開(kāi)發(fā)的列車(chē)縱向沖動(dòng)儀，有利于定量確定縱向沖動(dòng)情況，提高司機的操作水平。
(3)加強列車(chē)的平穩操縱，應“嚴守速度、防止超速”。當動(dòng)力制動(dòng)不能控制列車(chē)速度時(shí)，及時(shí)配合使用空氣制動(dòng)。
(4)在現有自動(dòng)無(wú)級空重車(chē)調整裝置的基礎上進(jìn)行技術(shù)改造，考慮采用壓力測重方式的測重裝置，可以最大限度地避免振動(dòng)對測重精度的影響，測得信號以空氣壓力形式傳給控制閥。也可考慮采用客車(chē)平衡閥的結構易于實(shí)現類(lèi)似客車(chē)的精確測重，但方式與問(wèn)接作用式制動(dòng)機聯(lián)合使用較為理想。
(5)應充分考慮高速、重載、長(cháng)大編組列車(chē)的制動(dòng)沖擊問(wèn)題研制新型車(chē)輛制動(dòng)機，著(zhù)重考慮通過(guò)列車(chē)管的局部減壓來(lái)提高列車(chē)管的減壓速度，減輕貨物列車(chē)制動(dòng)沖擊。
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