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淺談貨物列車縱向沖動問題分析研究論文
論文關鍵詞：貨物列車；動力學；縱向沖動
論文摘要：總結了貨物列車縱向沖動的基本因素，從貨物列車制動、車鉤間隙、司機操縱等方面，分析研究了對貨物列車縱向沖動的影響，并提出了改善貨物列車縱向沖動的措施。
1影響貨物列車縱向沖動的因素
列車的縱向運動分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)2種。根據(jù)列車縱向動力學的理論分析和實際試驗結果，貨物列車的縱向沖動發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)的列車運行過程中。包括機車啟動時，牽引力傳輸引起縱向沖動的啟動工況；列車制動或制動緩解過程中，制動力傳輸引起縱向沖動的制動工況：各車輛之間的非剛性連結車鉤緩沖裝置引起的縱向沖動等。而穩(wěn)態(tài)運動是列車在常力或緩變力作用下的運動。在這種情況下，列車中各車之間的相對位移量極其微小，對列車的縱向運動沒有明顯影響。
影響貨物列車縱向沖動的因素按其變化情況，可以分為在運行過程中保持不變的因素和在運行過程中隨時間變化的因素2大類。
1．1在運行過程中保持不變的因素
(1)列車編組情況及有關的初始條件，如機車車輛的重量等。
(2)列車的編組輛數(shù)和長度。
(3)車鉤緩沖器類型和車鉤間隙。
(4)機車車輛制動機的類型。
1．2在運行過程中隨時間變化的因素
(1)空氣制動系統(tǒng)各部分的壓力分布情況，包括列車管、副風缸和制動缸的壓力以及漏泄量，與列車管的減壓或增壓速度、司機的操縱方式等有關。
(2)閘瓦或閘片與車輪踏面或制動盤的摩擦，是摩擦副形式，是運行速度、閘瓦壓力、溫度等的函數(shù)。
(3)機車的動力制動力與操縱方式、速度有關。
(4)列車的運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因素的分析
2．1貨物列車在制動時產生制動沖動的主要因素
2．1．1空重車混編的影響
隨著車輛技術的發(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，貨物列車在制動時，空車和重車的制動率大小不一致．造成空車和重車的減速度不一致，從而產生貨物列車的制動沖動。在列車空重車混編時，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、緩解、調速等)，前后重車很容易對中間空車造成“前阻后涌”的情況，還有可能使空車產生壓屈上浮(減載)，進而造成脫軌。
2．1．2列車管減壓速度的影響
由于貨物列車運行速度提高、編組加長、載重加大，列車中每一輛車的制動作用不是同時發(fā)生的，列車管減壓逐漸從前端車輛傳遞到后部車輛，即列車前部制動力形成早、上升快．后部車輛制動力形成晚而慢，這就不可避免地使貨物列車產生縱向沖動。
制動作用是沿列車長度方向由前向后發(fā)生的，制動作用發(fā)生的快慢，取決于列車管的減壓速度，減壓速度越快．制動波速越高，列車前后部制動作用的同時性越好。這既可縮短制動距離，確保列車行車安全，又可有效地緩和列車的制動沖動。
2．1．3制動缸壓力上升特性的影響
根據(jù)列車制動過程中各車輛制動缸壓力的變化和分布情況，整個制動過程可劃分為4個階段。第1階段由于制動作用使列車中部產生的靜壓縮力最大，第2階段產生的動壓縮力與第1階段產生的靜縮力之和為總壓縮力。總壓縮力使車鉤緩沖器彈簧的壓縮量達到最大，總壓縮力大到一定值時，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沖擊。如何兼顧減輕沖擊和不延長制動距離這2個方面的要求，解決的辦法是制動缸變速充氣。
列車制動過程中形成的沖擊力大小，與牽引緩沖裝置的特性有關。當牽引緩沖裝置具有2種剛度時，它的全部動程可分為2部分。第1部分動程剛度較小．承受一般的沖擊載荷。在受到較大的沖擊力時才開始第2部分動程。所以，在制動之初，為了爭取時間，可以讓制動缸壓力很快地由0躍升到某一個數(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部分動程所允許的數(shù)值。然后，使制動缸壓力上升的速度變慢，即進入緩升階段，直至列車達到完全壓縮狀態(tài)，即沖擊的危險過去之后，再讓制動缸壓力第2次躍升，直到制動缸壓力達到最高允氣斥力為止。這時產生的壓縮是靜力壓縮，其值稍大些也沒有危險。
2．2車鉤間隙對縱向沖動的影響
我國的主型車鉤為13號車鉤，其縱向間隙為19．5mm，對于5000t以上的重載列車來說，加上緩沖器的變形，可造成5m以上的累計間隙，從而使列車在沖動過程中車輛問隙產生很大的相對加速度。13號車鉤的縱向間隙雖為19．5mm，只占整個車輛的縱向間隙的較小部分，但是，其危害性卻是很大的。由于很大的相對加速度，導致列車產生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驗結果。由表1可以看出，車輛的縱向間隙越大，受拉列車的制動沖擊力越大。因此，車輛的縱向間隙是造成重載列車的制動縱向沖擊力過大的重要原因。
2．3因司機操縱使列車產生縱向沖動的幾種情況
(1)列車在中低速運行時，如司機操縱使用制動機減壓量過大，容易造成列車縱向沖動；如司機使用制動機調速時減壓量過小，列車主管制動波速過慢，列車制動機前后作用不一致，也容易產生列車縱向沖動。
(2)列車在到站停車時，由于刮機采取2次或多次制動，使得列車主管尾部風還未來得及充滿，而又再次施行制動，就會造成列車縱向沖動。
(3)列車在下坡車站起動和運行中，由于刮機提回手柄過快，機車牽引力瞬問增大，造成列車沖動在坡度突然變陡處，由于司機提回手柄較晚，造成列車在惰力運行中發(fā)生縱向沖動。
2．4影響貨物列車縱向沖動因素的總結
(1)在列車加速過程中，隨著列車運行速度的提高，列車縱向沖動將有所增大。
(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下的縱向沖動水平，減小列車縱向沖動發(fā)生的概率。
(3)延長制動缸充氣時間可以減輕縱向沖力，但延長了緊急制動距離。
(4)縱向沖動隨列車制動減壓量和列車制動率的增力口而增大。
3改善貨物列車縱向沖動的措施
(1)推廣運用密接式車鉤或小間隙車鉤。
(2)采用列車縱向沖動儀。目前鐵道部裝備部組織開發(fā)的列車縱向沖動儀，有利于定量確定縱向沖動情況，提高司機的操作水平。
(3)加強列車的平穩(wěn)操縱，應“嚴守速度、防止超速”。當動力制動不能控制列車速度時，及時配合使用空氣制動。
(4)在現(xiàn)有自動無級空重車調整裝置的基礎上進行技術改造，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。也可考慮采用客車平衡閥的結構易于實現(xiàn)類似客車的精確測重，但方式與問接作用式制動機聯(lián)合使用較為理想。
(5)應充分考慮高速、重載、長大編組列車的制動沖擊問題研制新型車輛制動機，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，減輕貨物列車制動沖擊。
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