UM模拟火车(1)：重载列车在翻车机作业过程中的纵向动力学仿真

关键词：重载列车、纵向动力学、转子式翻车机、缓冲器特性、车钩力

UM模块：UM Base、UM Subsystem、UM Train、UM 3D Contact

在铁路货运车站、港口、发电厂等地方常采用转子式翻车机及其定位系统进行散装货物的自动翻卸，其工作场景如图1所示。

图1 翻车机工作示意图

现场试验表明在调车机定位作业过程中可能会出现较大的车钩力(超过1.2MN)，这将显著影响车钩缓冲装置的疲劳寿命，甚至导致前方的空车发生脱轨事故。因此，非常有必要优化翻卸策略，将车钩力控制在一定范围内。

UM列车动力学模型如图2所示，它由236节满载铁矿石的车辆和尾部两节半载的车辆组成。其中满载车重143吨，空载车重21.5吨，车辆定距9.334米。

图2 UM列车模型

每节车辆简化为一个质点，相邻车辆之间用非线性钩缓力元连接，考虑车辆的基本阻力、曲线阻力、坡道阻力、制动力、车钩力以及机车牵引力等。

图3 车辆受力示意图

UM 提供专门的Hysteresis力元用于描述缓冲器的滞回特性，如图4所示，加载与卸载为不同的特性曲线（横坐标-位移，纵坐标-力），并可考虑车钩自由间隙。

图4 缓冲器特性曲线

根据Google地图以及GPS测量数据，使用UM Train模块的Macrogeometry线路工具创建了用于动力学仿真计算的平曲线（图6）和竖曲线（图7）。

图5 Google地图

图6 平曲线

图7 竖曲线

重载列车在翻车机作业过程中的纵向动力学仿真过程如图8所示。

图8 动力学仿真过程

图9 用于现场测试的车辆

图 10 测试和仿真分析对象

图11 仿真与实测对比：第31节车车钩力

图12 仿真与实测对比：第181节车车钩力

图13 现场测试与落锤试验得到的缓冲器特性

图14 采用不同缓冲器特性计算的车钩力对比

图15 调车机不同的操纵方案（时间-速度）

图16 不同操纵方案下车钩力对比

图17 列尾两节制动车辆对车钩力的影响

图18 不同车钩自由间隙对车钩力的影响

原文刊发于2016年的《Vehicle System Dynamics》。

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