基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究.pdf
《基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第45卷第8 期2023年8 月铁道学报JOURNALOFTHECHINA RAILWAY SOCIETYVol.45No.8August2023文章编号:10 0 1-8 36 0(2 0 2 3)0 8-0 0 36-11基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究杨能普,周苗,王文昆,黄全”,韩梅4(1.湖南工业大学轨道交通学院,湖南株洲412 0 0 7;2.株洲时代电子技术有限公司,湖南株洲3.中国铁路广州局集团有限公司,广东广州510 0 8 8;4.北京交通大学交通运输学院,北京摘要:我国现行重车重心高度管控规则已凸显限制铁路货运系统运输能力的矛盾。针对此问题,通过深
2、度剖析货物-车体耦合机制,建立货-车-轨耦合动力学模型,并采用动态Nadal限度评估车辆运行脱轨风险,基于模型仿真分析我国铁路通用货车在正常速度运行时应限制的重车重心限制高度,以及重心高度超过该限值时的相应限速规定。研究结果表明:针对货物装载参数影响车辆动力学行为的研究,动态Nadal限度可有效减小脱轨误判率,相比于经典Nadal限度更适宜作为脱轨风险的评判依据;基于动态Nadal 限度判定车辆脱轨风险,我国铁路通用货车的重车重心限制高度可提升至2 40 0 mm;在保证车辆运行安全的前提下,重心超高时的区间限速规定可以合理地适当放宽。关键词:货物运输;重车重心高度;货-车-轨耦合模型;车辆运
3、行安全;脱轨风险评估中图分类号:U298.3doi:10.3969/j.issn.1001-8360.2023.08.005Research on Height of Combined Gravity Center and ControlRules of Loaded Wagons Based on Cargo-Vehicle-Track412007;100044)文献标志码:ACoupling Dynamics ModelYANG Nengpu,ZHOU Miao,WANG Wenkun,HUANG Quan,HAN Mei4(1.College of Railway Transportat
4、ion,Hunan University of Technology,Zhuzhou 412007,China;2.Zhuzhou CRRC TimesElectric Co.,Ltd.,Zhuzhou 412007,China;3.China Railway Guangzhou Group Co.,Ltd.,Guangzhou 510088,China;4.School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:Chinas current regulatio
5、ns for controlling the gravity center height of loaded wagons have shown obvious hin-drances on the railway system s freight transportation capability.To target this issue,a cargo-vehicle-track coupling dy-namics model was established by deeply analyzing the cargo-carbody coupling mechanism.Then,usi
6、ng a dynamic Nadallimit as the derailment risk assessment criterion,the height limit for the gravity center of general freight wagons withinnormal speed in Chinas railway system,and the corresponding speed limit regulations when the height surpasses thislimit,were simulated and researched based on t
7、he cargo-vehicle-track coupling dynamics model.The findings suggestthree implications:for the study on the influence of cargo loading parameters on vehicle dynamic behavior,the dynamicNadal limit can effectively reduce the derailment misjudgment rate and is more suitable to be used as the basis for
8、derail-ment risk assessment;according to the derailment risk determined based on the dynamic Nadal limit,the permitted grav-ity center height limit of general loaded wagons in China s railway system can be increased to 2 400 mm;and under thecondition of ensuring the safe operations of the vehicles,t
9、he section speed limits when the gravity center height is abovethe limit may be relaxed to a reasonable extent.Key words:freight transportation;gravity center height of loaded wagon;cargo-vehicle-track coupling dynamics model;vehicle running safety;derailment risk assessment收稿日期:2 0 2 3-0 1-18;修回日期:
10、2 0 2 3-0 3-2 4基金项目:国家重点研发计划(2 0 2 1YFF0501101);湖南省自然科学基金(2 0 2 1JJ40180)第二作者:杨能普(198 8),男,湖南邵阳人,讲师,博士。E-mail:y a n g n e n g p u 16 3.c o m通信作者:韩“梅(197 3一),女,吉林扶余人,教授,博士。E-mail:mh a n b j t u.e d u.c n第8 期近年来随着重载提速战略的推动,我国铁路线路、车辆性能等硬件条件已大幅改善;但在铁路货运管理中,我国现行的重车重心高度管控规则仍沿用几十年前的管理规定:重车重心高度H不超过2 0 0 0 m
11、m,铁路通用货车方可按正常速度运行;当2 0 0 0 mmH2400mm、2 40 0 m m H 2 8 0 0 m m、2 8 0 0 m m H时的车辆输出限速建议更新重车重心高度:Hi+I=H;+50(mm)安全性方案工况指标1K初始实2验方案3412验证实验方案3412限速实验方案34此外,根据图6 的评估结果进行分析,可知采用动态Nadal限度作为评估方法,当重车重心高度为2400mm时,铁路通用货车可以通过最不利工况实验方案下的安全性测试;当重车重心高度为2 450 mm时,Y车辆轨道曲货物质线路类型车体中心纵车体中心横类型率/-1I级线路C7081级线路C64HK级线路C708
12、级线路C64HKI级线路8I级线路C64HK级线路8级线路C64HKI级线路8I级线路C64HK级线路8级线路C64HN安全与否图5动力学仿真实验流程表2 实验方案货物重心距货物重心距横风量/kN向距离/mm向距离/mm1/450501/1200411/350501/35041C701/4501/1200C701/3501/350C701/4501/1200C701/3501/350车辆运行速度/(kmh)9211001 061-100921100106110050921411 0615092141106150921411 06150921411 061最不利工况2 条件下的轮重减载率超过其动
13、态限度;因此,可初步确定重车重心限制高度初定值Hi设置为2 40 0 mm,得到中间输出,实验进程进入下一步环节。重车重心高/mm1420-131201420132020,30,40,50,10014-100-13100141001310014-100-1310014100132.00060,70,7720,30,40,50,60,70,80,90,100,110,12020,30,40,50,60,7020,30,40,50,60,7020,30,40,50,60,70,7720,30,40,50,60,70,80,90,100,110,12020,30,40,50,60,7020,30,4
14、0,50,60,70HiH,+100n(n=1,2,3,4,421.51.0经典脱轨限度K脱轨系数0.50-0.5500.8动态轮重减载限度&a经典轮重减软限度轮重减载率0.200Step2按照表2 中的验证实验方案开展仿真实验,仿真结果如图7 所示。从图7 可以看出,当重车重心高度为2 40 0 mm时,安全指标均低于动态Nadal限度,车辆可以通过验证实验的运行安全性测试。因此,可建议重车重心限制高度H,取初定值H,(2 40 0 mm),该值接近ATSB标准的2 50 0 mm、A A R 标准的9 8 in铁道学报2.52.52.02.0动态脱轨限度K动态脱轨限度K1.51.0经典脱轨
15、限度K脱轨系数0.50-0.5100200运行位置/m(a)工况1(H=2 400mm)100200运行位置/m(d)工况2 (H=2 450 mm)0.8动态轮重减载限度经典轮重减载限度0.4轮重减载率0.21000(g)工况4(H=2 400 mm)图6基于不同限度评估的车辆脱轨风险分析(2 48 9.2 m m),略高于UIC标准的2 30 0 mm,3-5Step3按照表2 中的限速实验方案,设定重车重心高度水平分别为2 50 0,2 6 0 0,,30 0 0 mm,开展重车重心超高后的区间限速实验。分析实验结果,得各水平等级下的区间限速条件见表3。此处为节省篇幅,仅展示重车重心高度
16、为30 0 0 mm时的仿真结果,如图8 所示。第45卷0.8动态轮重减载限度经典轮重减教限度0.4轮重减载率0.2400500300-0.553004001000(b)工况1(H=2 450 mm)2.52.0动态脱轨限度KL山wA人1.51.0经典脱轨限度K0.5脱轨系数K05000200300运行位置/m200运行位置/m100200运行位置/m(e)工况3(H=2 400 mm)0.8动态轮重减载限度a经典轮重减载限轮重减载率0.2400500300300400400005002.52.01.5动态脱轨限度KJLA1.0经典脱轨限度K.0.5脱轨系数K0-0.55500100(h)工况
17、4(H=2450mm)00200运行位置/m100(c)工况2 (H=2 400 mm)100200运行位置/m(f)工况3(H=2 450 mm)300400200运行位置/m3005003004004005005001.02.52.0动态脱轨限度K脱轨系数K0-0.520.40608050100150200250300350400450运行速度/(kmh-i)运行位置/m(a)工况1(H=2 400 mm)2.52.01.51.00.500.520.406080运行速度/(kmhl)0.8上动态轮重减载限度a0.4轮重减载率:0.2003060.90120运行速度/(kmhl)(b)工况2
18、 (H=2 400 mm)1.00.8动态轮重减载限度&l动态脱轨限度Ka脱轨系数K50100150200250300350运行位置/m(c)工况3(H=2 400 mm)图7重车重心高度为2 40 0 mm的车辆脱轨风险分析50100150200250300350400450运行位置/m0.4轮重减载率0.20400450运行速度/(km:hl)20.6050100150200250300350400 450运行位置/m(d)工况4(H=2 400 mm)第8 期杨能普等:基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究2.52.01.51.00.50-0.5运行速度/(km:h)2
19、06001.00.8动态轮重减载限度dl轮重减载率80.202080运行速度/(kmh)2.52.01.51.00.500.520 40 6080运行速度/(kmh)1.00.8动态轮重减载限度0.4轮重减载率&0.202060运行速度/(kmhl)432.5动态脱轨限度K2.0上1.5动态脱轨限度Kal1.0脱轨系数K0.5050脱轨系数K2.52.0动态脱轨限度K1.51.0脱轨系数K100200运行位置/m(a)工况1(H=3 000 mm)0100动态脱轨限度Kal脱轨系数K100100图8重车重心高度为30 0 0 mm的车辆限速条件仿真分析安全60km/h100200300运行位置
20、/m300400200300运行位置/m(b)工况2 (H=3 000 mm)丰200运行位置/m(c)工况3(H=3 000 mm)200300运行位置/m(d)工况4(H=3 000mm)400危险v=70 km/h5000.50-0.5501.00.8动态轮重减载限度ay=60 km/h0.60.40.2001001.00.8动态轮重减载限度v=70km/h0.64005000.40.22.52.0动态脱轨限度K1.51.00.5脱轨系数K0-0.552.52.0动态脱轨限度K1.51.0300400400500100200300运行位置/m安全轮重减载率200300运行位置/m危险轮重
21、减载率:100200运行位置/m100200300运行位置/m500脱轨系数K0.50-0.51.00.8动态轮重减载限度60.60.40.2001.00.8动态轮重减载限度:0.65000.40.200400400300400安全y=50km/hWn400500危险v=60km/h100200运行位置/m安全v-40 km/h轮重减载率:100200300400500运行位置/m危险v=50 km/h轮重减载率:100200300400运行位置/m50050050030040050050044根据表3所示的实验结果,对重车重心高度管控规则展开进一步的探讨。考虑铁路货运作业的可操作性,基于“木
22、桶定律”逻辑,本文建议铁路通用货车重车重心高度超过2 40 0 mm后的限速管控规则为:当2 400 mmH2 700 mm、2 7 0 0 m m H 2 90 0 m m、2900mmH3000mm时,铁路货车应分别限速6 0、50、40 k m/h 在区间线路上运行,与现行规则进行对比,结果见表4。相比于现行规定,此建议管控规则对重车重心限制高度以及重心超高后的车辆限速均进行了合理地适当放宽,更有利于适应我国铁路线路、车辆性能等硬件条件已大幅改善的现状,疏解现行规定限制货运系统运力的矛盾。表3重心高度超过2 40 0 mm时的车辆速度限速建议值重车重心工况1/工况2/工况3/工况4/限速
23、建议值/高度/mm(k m h-)(k m h)(k m h-)((kmh-l)(kmh-)正常速正常速正常速2.50090度运行正常速2600度运行2.700702800702.90070300060表4王现行规则与建议规则对比规则H/mmH2000现行2 000H 2.400规则2400H2.8002800H3000H2 400建议2400H2.700规则2700H2.9002900H3.0005结论针对现行重车重心高度管控规则限制货运系统运力的问题,本文在分析货物-车辆耦合机理的基础上,对车辆-轨道耦合动力学模型进行扩展,建立货物-车辆-轨道耦合动力学模型;根据轮轨滑力约束机制,提出动态
24、Nadal限度脱轨风险评判方法;利用最不利工况,设计优化重车重心高度规则的实验流程及相应的实验方案;最后基于模型、实验方案及脱轨评估方法,通过SIMPACK动力学仿真对重车重心高度影响车辆运行安全的行为进行研究,提出一个新的、更为合理的铁路通用货车重车重心高度建议约束规则。主要结论如下:(1)本文构建的货物-车辆-轨道耦合动力学模型,铁道学报科学地考虑了货物的耦合机制,与传统模型相比,该模型能更准确地分析货物装载参数对铁路货车运行安全性的影响。(2)本文推导的动态Nadal限度通过引人轮轨蠕滑力约束机制,避免了轮缘角未达到最大轮缘角max就被判定为脱轨的情形;相较于经典Nadal限度,有效减小
25、了脱轨误判率,更适宜作为铁路车辆脱轨风险评估的评判依据。(3)基于前期研究所获得的最不利工况及木桶定律,设计了较为合理的实验流程及其实验方案,相较于根据经验列举工况的实验设计方式,可更全面地考虑车辆类型、运行速度、装载条件、轨道条件等因素处于不同水平相互交织耦合所形成的复杂服役工况。(4)基于动态Nadal限度脱轨评判方法,评估测试各实验方案的车辆运行安全性;通过实验结果的分析,90度运行度运行80607060706070606050第45卷得到重车重心高度建议管控规则:重车重心高度H不60606060505050504040限速值/(kmh-l)正常速度运行504030正常速度运行60504
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 耦合 动力学 分析 重心 高度 规则 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。