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1、課題名稱：列車管減壓量對(duì)制動(dòng)性能的影響 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 課題的背及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 本文研究的目的及主要內(nèi)容 4 第二章 列車動(dòng)力學(xué)模型建立與分析 6 2.1 列車縱向動(dòng)力學(xué)建模分析 6 2.2 列車制動(dòng)特性分析 7 2.3 列車空氣制動(dòng)建模分析 9 2.4 本章小結(jié) 10 第三章 列車管減壓系統(tǒng)的機(jī)理分析 12 3.1 氣動(dòng)方程推導(dǎo) 12 3.2 空氣通過節(jié)流孔時(shí)的流動(dòng) 14 3.3 摩擦系數(shù)及能量系數(shù)的計(jì)算 15 3.4 本章小結(jié) 15 第四章 列車管減壓制動(dòng)性能仿真與分析

2、 16 4.1 列車管減壓量對(duì)調(diào)速性能的影響 16 4.2 列車管減壓量對(duì)最大車鉤力的影響 17 4.3 列車管減壓量對(duì)最大加速度的影響 17 4.4 結(jié)果分析 18 4.5 本章小結(jié) 18 第五章 總結(jié)與展望 19 參考文獻(xiàn) 20 致 謝（建議結(jié)合自己的情況修改） 22 摘要：隨著我國(guó)列車的高速發(fā)展，對(duì)列車的運(yùn)行安全提出了更高的要求，我國(guó)貨運(yùn)列車一直使用500kpa和600kpa兩種列車管定壓，兩種列車管定壓對(duì)列車管理和運(yùn)用帶來一系列問題。至今國(guó)內(nèi)外對(duì)列車管壓在列車制動(dòng)性能方面的具體的影響還在研究中，沒有明確的定論，本文對(duì)列車管壓和制動(dòng)性

3、能方面的理論進(jìn)行了深入的研究，本文利用的空氣制動(dòng)系統(tǒng)和縱向動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的理論，對(duì)列車制動(dòng)建立動(dòng)力學(xué)模型，在聯(lián)合仿真軟件，可以模擬不同編組、減壓量和制動(dòng)工況下組合列車的制動(dòng)性能和縱向動(dòng)力學(xué)性能，研究管壓在不同情況下的，列車制動(dòng)情況，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，列車降速距離與降速時(shí)間均隨列車管減壓量的增大而減小，而列車增速距離與增速時(shí)間則隨列車管減壓量的增大而增大，列車管減壓量對(duì)列車最大拉鉤力的影響不明顯，而列車最大壓鉤力則隨列車管減壓量的增大而顯著增大。本課題的研究具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)槲磥砹熊囍苿?dòng)性能的優(yōu)化提供一定的參考思路。 關(guān)鍵詞：列車管減壓量；動(dòng)力學(xué)模型；制動(dòng)；仿真

4、 ABSTRACT：With the rapid development of trains in China, higher requirements are placed on the safety of trains. China's freight trains have been using constant pressure of 500kpa and 600kpa. The two types of trains have brought a series of trains to

5、 the management and operation of trains. problem. So far, the specific impact of train pipe pressure on train braking performance at home and abroad is still under study. There is no clear conclusion. In this paper, the theory of train tube pressure and braking performance is deeply studied. The air

6、 system used in this paper The theory of dynamic systems and longitudinal dynamic systems establishes a dynamic model for train braking. In co-simulation software, it can simulate the braking performance and longitudinal dynamic performance of combined trains under different grouping, decompression

7、and braking conditions. Studying the tube pressure under different conditions, the train braking situation, analyzing the simulation results, the train deceleration distance and the deceleration time are reduced with the increase of the train tube decompression amount, and the train growth speed and

8、 speed increase The time increases with the increase of the decompression amount of the train tube. The influence of the decompression amount of the train tube on the maximum pulling force of the train is not obvious, and the maximum hook force of the train increases significantly with the increase

9、of the decompression amount of the train tube. . The research of this subject has certain theoretical and practical significance, and can provide some reference ideas for the optimization of train braking performance in the future. KEY WORDS: train tube decompression; dynamic model; braking; si

10、mulation 第一章 緒論 1.1 課題的背及意義 鐵路是國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，承擔(dān)著繁重的客貨運(yùn)輸任務(wù)，特別在煤炭、原油、鋼鐵等關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大宗物資運(yùn)輸方面起著無可替代的作用。近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速、穩(wěn)定的發(fā)展，鐵路管理和研究部門通過一系列的體制改革、管理改革和技術(shù)革新，使我國(guó)的鐵路事業(yè)取得了令人矚目的成績(jī)。 “十一五”以來，我國(guó)鐵路堅(jiān)持“產(chǎn)、學(xué)、研、用”相結(jié)合，大力推進(jìn)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，重載運(yùn)輸技術(shù)達(dá)到世界一流水平，既有線提速技術(shù)取得重要成果，開創(chuàng)出具有中國(guó)特色的提速重載并舉的貨運(yùn)發(fā)展道路。在重載技術(shù)方面，系統(tǒng)開展了重載線路、重載

11、裝備、重載運(yùn)輸組織和重載通信信號(hào)等領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)，在重載機(jī)車制動(dòng)、牽引、互聯(lián)互通技術(shù)、運(yùn)輸組織、供電方面取得了系列科技成果，建立起了我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)體系。在既有線提速技術(shù)方面，掌握了適應(yīng)國(guó)情的既有線提速成套技術(shù)，走出了一條具有中國(guó)特點(diǎn)的既有線技改提速擴(kuò)能之路。這些成就的取得，不僅為“十一五”期間我國(guó)鐵路貨車事業(yè)快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)支撐，也為今后我國(guó)鐵路發(fā)展重載快捷貨運(yùn)創(chuàng)造了前提條件。 鐵路重載運(yùn)輸已經(jīng)成為我國(guó)鐵路發(fā)展的重要方向，由于列車重量增大，長(zhǎng)度增加，車輛軸重增大，列車運(yùn)行中的牽引力及制動(dòng)力加大，制動(dòng)波傳遞時(shí)間加長(zhǎng)，而且列車所占的線路縱橫斷面比較復(fù)雜，因此，重載列車的受力情況遠(yuǎn)較一般列

12、車復(fù)雜，由于列車的縱向沖動(dòng)力過大而引起的斷鉤、脫鉤、脫軌等事故常有發(fā)生。重載列車長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的運(yùn)行已經(jīng)表明，鐵路運(yùn)輸?shù)闹剌d化，給列車的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行安全帶來了一系列問題，特別是列車沖動(dòng)水平的明顯提升對(duì)車鉤緩沖系統(tǒng)造成嚴(yán)重毀壞，研究各種工況下列車縱向沖動(dòng)作用機(jī)理，并進(jìn)一步分析各種參數(shù)對(duì)于列車縱向沖動(dòng)的影響，從而更好的把握列車縱向動(dòng)力學(xué)規(guī)律，尋求減小列車縱向沖動(dòng)的途徑，對(duì)于鐵路重載運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自1825年英國(guó)建成世界上第一條運(yùn)營(yíng)鐵路開始，鐵路運(yùn)輸至今已有190年的歷史。現(xiàn)在世界上鐵路總里程超過130萬公里，覆蓋了大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵

13、路以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)越來越受到世界各國(guó)的重視，“客運(yùn)高速”和“貨運(yùn)重載”已成為世界鐵路發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著各國(guó)對(duì)原材料和礦產(chǎn)資源等大宗貨物需求的增加，貨運(yùn)重載已勢(shì)在必行。目前，美國(guó)、澳大利亞、巴西等國(guó)已普遍推廣35t軸重的重載貨車。巴西和南非重載鐵路運(yùn)輸亦已應(yīng)用30t軸重的重載貨車。在美國(guó)研究試驗(yàn)的最高軸重則為40噸。 在我國(guó)，6-35kv 配電網(wǎng)系統(tǒng)常采用小電流接地系統(tǒng)，其中大多數(shù)是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。接地選線方案也從最初的零序電流保護(hù)發(fā)展到零序無功方向保護(hù)，從基波方案發(fā)展到五次諧波方案，以及利用首半波極性方案，并先后推出幾代產(chǎn)品 美國(guó)是世界上最早發(fā)展重載運(yùn)輸?shù)膰?guó)家之一。進(jìn)入

14、21世紀(jì)后，美國(guó)鐵路加強(qiáng)輪軌界面和交流內(nèi)燃機(jī)車等技術(shù)領(lǐng)域的研究，重載運(yùn)輸效率和生產(chǎn)率得到了進(jìn)一步提高。目前，美國(guó)重載鐵路占鐵路線路的70%，列車編組數(shù)量通常為108輛，采用低自重、大容量的貨車，總重為13600t，由3 }-6臺(tái)機(jī)車牽引，最大允許軸重在29.8-35.7t之間。機(jī)車一般采用大功率內(nèi)燃機(jī)車多機(jī)牽引，并配合采用機(jī)車同步操縱技術(shù)。重載運(yùn)輸線路采用重型鋼軌，最大可達(dá)近70kg/m。為了適應(yīng)重載運(yùn)輸?shù)男枰恍┲饕幗M站的股道長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里。對(duì)于煤炭運(yùn)輸車輛，一些鐵路公司采取了5列一組、整列無隔墻的槽式車組，以減輕自重，增加載重。為增加運(yùn)量、提高鐵路運(yùn)輸?shù)男剩绹?guó)在重載線路上已開始開行雙層

15、集裝箱列車，這將進(jìn)一步擴(kuò)大重載鐵路的優(yōu)勢(shì)。 巴西的礦產(chǎn)、水力、森林等自然資源儲(chǔ)量均在世界前列，尤其是鐵礦總儲(chǔ)量超過800億噸。因此巴西淡水河谷下屬的兩條重載線路，即卡拉亞斯鐵路和維多利亞·米納斯鐵路，主要是用于鐵礦石的運(yùn)輸。 目前我國(guó)擁有鐵路營(yíng)業(yè)里程占世界鐵路總里程十分之一，卻完成了世界鐵路客貨總周轉(zhuǎn)量的1/4左右，這導(dǎo)致我國(guó)鐵路長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，線路負(fù)荷率過大、運(yùn)輸密度過高，運(yùn)輸能力持續(xù)緊張，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，煤電油運(yùn)瓶頸制約問題十分突出。為盡快緩解鐵路運(yùn)輸?shù)钠款i制約，鐵路部門堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，快速擴(kuò)充運(yùn)輸能力，快速提升技術(shù)裝備水平，努力實(shí)現(xiàn)鐵路的又好又快發(fā)展。2003年，

16、鐵道部黨組做出了在大秦鐵路開行2萬噸組合列車、大幅度提高運(yùn)輸能力的重大決策。6年來，鐵路部門對(duì)大秦鐵路實(shí)施了線路、通信信號(hào)、牽引供電系統(tǒng)技術(shù)改造，進(jìn)行了幾十次綜合試驗(yàn)，在機(jī)車同步操縱技術(shù)、大噸位貨車制造與使用技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。 1.3 本文研究的目的及主要內(nèi)容 隨著鐵路重載運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)大貨物列車制動(dòng)動(dòng)力學(xué)性能的研究愈顯重要隨著我國(guó)重載鐵路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，列車動(dòng)力制動(dòng)的應(yīng)用越來越廣泛。裝有動(dòng)力制動(dòng)裝置的機(jī)車在列車調(diào)速時(shí)，要采用動(dòng)力制動(dòng)為主、空氣制動(dòng)為輔、相互配合使用的方法。目前關(guān)于列車制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要集中在空氣制動(dòng)方。本文主要對(duì)列車管減壓量與制動(dòng)性能之間的關(guān)系，具體內(nèi)容如下

17、： 第二章是列車制動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)建模，通過對(duì)列車制動(dòng)過程的分析，建立了列車的縱向動(dòng)力學(xué)模型和空氣動(dòng)力學(xué)模型，詳細(xì)分析了列車制動(dòng)的主要影響因素和特性，獲得了模型中對(duì)制動(dòng)影響最大的額幾個(gè)參數(shù)，為下文列車管壓量的設(shè)計(jì)與仿真提供了理論基礎(chǔ)。 第三章主要對(duì)lecherous館減壓的原理進(jìn)行了分析，分別通過分析列車管壓的氣動(dòng)方程，對(duì)理想大氣中的制動(dòng)的進(jìn)行了分析，空氣流動(dòng)對(duì)管壓內(nèi)腔的影響，給出了具體的計(jì)算公式。 第四章主要是給出了本論文的仿真，分別對(duì)列車管壓對(duì)列車的調(diào)速性能、制動(dòng)最大車鉤力、列車的最大加速的影響，分別設(shè)計(jì)了仿真，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)分析。 第五章是全文的總結(jié)與展望，對(duì)本文研究的內(nèi)容

18、做了分析和總結(jié)，并提出論文的不足及下一步的研究方向。 第二章 列車動(dòng)力學(xué)模型建立與分析 2.1 列車縱向動(dòng)力學(xué)建模分析 列車縱向動(dòng)力學(xué)模型如圖2.1所示，以每節(jié)機(jī)車車輛作為一個(gè)分離體，整列車的自由度等于組成列車的機(jī)車車輛總數(shù)。其基本原理是根據(jù)該力學(xué)模型，考慮列車縱向運(yùn)動(dòng)的所有因素，包括機(jī)車的牽引和動(dòng)力制動(dòng)特性、列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)和鉤緩裝置的特性及各種運(yùn)行阻力，再對(duì)各個(gè)機(jī)車和車輛建立運(yùn)動(dòng)方程，詳細(xì)求解列車中各節(jié)車輛的縱向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 圖2.1列車縱向動(dòng)力學(xué)模型 為了更加清晰分析列車縱向動(dòng)力學(xué)性能，在研究列車縱向動(dòng)力學(xué)行為時(shí)，忽略車輛橫向力和垂向力的影響，只考慮縱向自由度，將列車抽

19、象為一個(gè)多質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)。取單一車輛為研究對(duì)象分析其受力情況如圖2.2所示。 圖2.2 列車單個(gè)車輛受力分析 列車中，每個(gè)車輛的額的受力平衡為： （2.1） 車輛的質(zhì)量、長(zhǎng)度、運(yùn)行速度等均隱含于上面的參數(shù)中，對(duì)n節(jié)車可以列出n個(gè)方程。 2.2 列車制動(dòng)特性分析 制動(dòng)特性是影響列車縱向動(dòng)力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一，制動(dòng)力不同步性是造成列車縱向沖動(dòng)的根本原因，沒有制動(dòng)的不同步性，就沒有縱向沖動(dòng)，因此制動(dòng)波的傳播特性對(duì)列車縱向沖動(dòng)影響極大。根據(jù)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)波速與制動(dòng)減壓量有關(guān)、與制動(dòng)工況有關(guān)。制動(dòng)波速并不是等速傳播，因此一般

20、的計(jì)算采用等速傳播的基本假定不合適。本文使用的制動(dòng)系統(tǒng)特性是基于空氣流動(dòng)理論，通過模型化列車的制動(dòng)系統(tǒng)，計(jì)算氣體在管路和各缸室內(nèi)氣體瞬態(tài)壓力獲得制動(dòng)系統(tǒng)特性，對(duì)制動(dòng)波速和制動(dòng)缸壓力沒有任何假定。 在制動(dòng)缸壓力、閘瓦壓強(qiáng)、列車運(yùn)行速度和制動(dòng)初速度相同的條件下，閘瓦摩擦系數(shù)是影響制動(dòng)力的主要因素，摩擦系數(shù)越大，停車越快，縱向沖動(dòng)也越大，摩擦系數(shù)如圖2.3所示。 圖2.3 列車摩擦系數(shù)隨速度變化曲線 制動(dòng)特性對(duì)于列車縱向動(dòng)力學(xué)性能的好壞起著決定性的作用，是影響列車縱向沖動(dòng)的最主要因素。本文制動(dòng)特性是以氣體流動(dòng)理論為依據(jù)，采用制動(dòng)系統(tǒng)仿真的方法確定的?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)和縱向動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)仿真軟件可以

21、模擬不同編組、不同減壓量、不同工況下列車的制動(dòng)特性。圖1.4是單編萬噸列車，列車管定壓600kPa，最大減壓量170kPa常用制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力曲線，圖1.5為常用制動(dòng)工況制動(dòng)波傳遞特性曲線。 圖2.4前、中、后車制動(dòng)缸壓力曲線 圖2.5制動(dòng)缸仲出時(shí)刻沿車長(zhǎng)分布 由圖2.4的制動(dòng)缸壓力曲線可以看出，第1車制動(dòng)缸壓力上升曲線的斜率明顯比第50輛車和第100輛車的大，說明不同位置車輛的制動(dòng)缸壓力上升速度不同，這是因?yàn)橹苿?dòng)缸充氣速度受列車管減壓速度的影響，列車管減壓速度越快，制動(dòng)缸升壓速度越快。由于處于不同位置的車輛上的列車管減壓速度不同，越靠近機(jī)車，減壓速度越快，所以，第1車制動(dòng)缸壓力

22、上升速度最快，第100輛車制動(dòng)缸升壓速度最慢。 圖2.5為每個(gè)車輛制動(dòng)缸壓力開始上升的時(shí)間曲線，即制動(dòng)波傳播特性曲線。從圖2.5中可以看出，制動(dòng)缸伸出時(shí)刻曲線不是直線，而是曲線，說明制動(dòng)波不是等速傳播的;圖中曲線的斜率隨著車輛序號(hào)的增大不斷減小，說明制動(dòng)波的傳播速度是先慢后快的。因此，在列車縱向動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)中，如果假定制動(dòng)波等速傳播和所有車輛具有相同的制動(dòng)波傳播速度，將無法得到真實(shí)的制動(dòng)特性，可能帶來較大的縱向力計(jì)算誤差。 2.3 列車空氣制動(dòng)建模分析 制動(dòng)作用是列車縱向運(yùn)動(dòng)中最為復(fù)雜也最為重要的非穩(wěn)態(tài)作用過程。列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)如圖2.6所示: 圖2.6列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)

23、圖 如果制動(dòng)系統(tǒng)建模采用詳細(xì)的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真模型，那么其時(shí)間步長(zhǎng)將比列車縱向動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算更小，這種模型的計(jì)算代價(jià)很大，因此重載組合列車縱向動(dòng)力學(xué)軟件采用簡(jiǎn)化的制動(dòng)系統(tǒng)模型。首先根據(jù)具有豐富實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專家知識(shí)及大量可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立各種制動(dòng)機(jī)模型，然后按照列車制動(dòng)作用順序分為制動(dòng)信號(hào)及傳遞 (制動(dòng)波速)、空氣制動(dòng)壓力變化(三通閥)和制動(dòng)力的產(chǎn)生(基礎(chǔ)制動(dòng))三個(gè)子程序進(jìn)行逐步模擬?？諝庵苿?dòng)模型需要在機(jī)車控制輸入子系統(tǒng)處與列車仿真模型相結(jié)合，以受到制動(dòng)控制的輸入。通過制動(dòng)子程序計(jì)算可得出各車輛的列車管壓力、制動(dòng)缸壓力并通過基礎(chǔ)制動(dòng)裝置和閘瓦摩擦系數(shù)得到制動(dòng)力。 2.4 本章小結(jié) 本章首

24、先對(duì)列車的縱向動(dòng)力學(xué)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)整列車和單獨(dú)車輛的特點(diǎn)做了詳細(xì)的分析，對(duì)列車的制動(dòng)力學(xué)完成了機(jī)車動(dòng)力制動(dòng)力的分析，通過對(duì)其特點(diǎn)的研究，對(duì)空氣制動(dòng)做了重點(diǎn)分析。 第三章 列車管減壓系統(tǒng)的機(jī)理分析 3.1 氣動(dòng)方程推導(dǎo) 空氣制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)典型的氣動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)一般由四部分組成：(1)供風(fēng)裝置:將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體壓力能的裝置，如空氣壓縮機(jī)、干燥器等；(2)執(zhí)行裝置:將氣體壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能并完成設(shè)計(jì)的動(dòng)作的元件。如制動(dòng)缸、制動(dòng)夾鉗等；(3)控制裝置:控制流體的壓力、流量及運(yùn)動(dòng)方向的元件，如電磁閥，分配閥等；(4)輔助裝置:確保氣動(dòng)系統(tǒng)工作條件，消除氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)周邊環(huán)境的影響的一類部

25、件，如遠(yuǎn)芯集塵器、排水塞門、風(fēng)缸、消音器等。 對(duì)于整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)，由熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律可以推出內(nèi)部能量隨時(shí)間變化方程的微分形式為： （3.1） （3.2） （3.3） 式中代表的是氣動(dòng)系統(tǒng)之中氣體流入系統(tǒng)的焓與氣體流出系統(tǒng)的焓的加和，并規(guī)定流入方向?yàn)檎鞒龇较驗(yàn)樨?fù)，單位是（）；是外界進(jìn)入氣動(dòng)系統(tǒng)的熱量隨時(shí)間的變化率（

26、）；是氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)外界做的功隨時(shí)間的變化率（）；氣動(dòng)系統(tǒng)腔室的體積隨時(shí)間的變化率（）；代表氣體的熱交換系數(shù)；元件的熱交換面積；是外界溫度；是管腔內(nèi)氣體溫度； 令單位質(zhì)量氣體的內(nèi)能為。(J),氣體質(zhì)量為m(kg)則所有氣體的內(nèi)能為： （3.4） 對(duì)于理想氣體，單位質(zhì)量的氣體內(nèi)能是溫度的函數(shù)，故有： （3.5） 對(duì)式（3.1）、（3.4）和（3.5）進(jìn)行全微分得到：

27、 （3.6） 對(duì)上述式子聯(lián)立并整理可以得到： （3.7） 理想氣體狀態(tài)方程是 （3.8） 對(duì)式（3.8）兩邊同時(shí)對(duì)t進(jìn)行微分，可以得到壓力的一階微分方程為： （3.9） 對(duì)于變體積的氣動(dòng)腔室來而言，單位氣體的內(nèi)能隨氣體溫度變化，有： （3

28、.10） 兩邊同時(shí)對(duì)時(shí)間t積分，得到 （3.11） （3.12） 由式(3.9)和式(3.11)可得變體積氣動(dòng)腔室溫度變化的一階微分方程為: （3.13） 上述推導(dǎo)出的流量、溫度和壓力方程在氣動(dòng)系統(tǒng)建模中具有普遍性。 3.2 空氣通過節(jié)流孔時(shí)的流動(dòng) 在氣動(dòng)系統(tǒng)中，一般需要計(jì)算的是通過節(jié)流孔的氣體流量、壓力、溫度等參數(shù)，但是由于氣體具有壓縮性，受此影響，氣體通過節(jié)流孔的狀態(tài)是很

29、復(fù)雜的，節(jié)流孔前后的流道突然收縮和擴(kuò)張，導(dǎo)致氣體在節(jié)流孔的前后會(huì)形成渦流，產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦效應(yīng)。同時(shí)，由于氣體運(yùn)動(dòng)的極不規(guī)則，同一界面上的各點(diǎn)參數(shù)具有不均勻性。如此一來難以用熱力學(xué)方法進(jìn)行系統(tǒng)地分析。在氣動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算中，一般只注意節(jié)流孔的外部效果，并不研究節(jié)流的內(nèi)部過程。 一般認(rèn)為，當(dāng)理想氣體通過整個(gè)節(jié)流口時(shí)，整個(gè)流動(dòng)當(dāng)作穩(wěn)定的一維流動(dòng)處理，其流動(dòng)狀態(tài)與收縮噴嘴相似，所以，通過節(jié)流孔的氣體質(zhì)量流量可以用收縮噴嘴的流量公式來計(jì)算。即: （3.14） 在式（3.14）中，節(jié)流口面積；上游氣體溫度；

30、流量系數(shù)；質(zhì)量流量參數(shù)，與氣體流速有關(guān)。 3.3 摩擦系數(shù)及能量系數(shù)的計(jì)算 由于氣體流流動(dòng)的復(fù)雜性，目前還未能嚴(yán)格推導(dǎo)出摩擦系數(shù)的理論公式。在工程上一般采用兩種方法來確定值：一是以氣體流的半經(jīng)驗(yàn)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，整理成的半經(jīng)驗(yàn)公式；二是直接根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合成兄的經(jīng)驗(yàn)公式。一般認(rèn)為前者具有普遍意義。 主要介紹空氣制動(dòng)系統(tǒng)建模中流量系數(shù)幾的計(jì)算。對(duì)于在實(shí)際工程中經(jīng)常遇到的是一些小孔噴嘴，因?yàn)樾】讎娮斓牧髁肯禂?shù)不僅跟小孔的下游壓力與上游的壓力的比值有關(guān)，而且還與小孔的類型、開度及氣流的流動(dòng)方向等因素有關(guān)。流量系數(shù)實(shí)際上是一個(gè)不斷發(fā)生變化的量，然而在應(yīng)用中，通常將流量系數(shù)當(dāng)作一個(gè)常

31、數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這樣就必定會(huì)給制動(dòng)系統(tǒng)的仿真計(jì)算結(jié)果帶來更大的誤差，選取盡量貼近實(shí)際情況的流量系數(shù)模型是十分必要的。 3.4 本章小結(jié) 本章首先介紹了氣動(dòng)方程的推導(dǎo)過程，對(duì)研究對(duì)象中的管壓利用空氣流通理論進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)的摩擦系數(shù)及能量系數(shù)。 第四章 列車管減壓制動(dòng)性能仿真與分析 4.1 列車管減壓量對(duì)調(diào)速性能的影響 不同列車管減壓量條件下，列車完成一次循環(huán)制動(dòng)所需的降速時(shí)間、降速距離、增速時(shí)間、增速距離等如表4.1所示。 表4.1 列車管減壓量對(duì)調(diào)速性能的影響 列車管減壓量 降速時(shí)間 增速時(shí)間 降速距離 增速距離 50 132.7 192.7 1882 18

32、75 60 96.7 289 1345 2520 70 78 370.5 1093 2868 由表4.1可知，列車管減壓量越大，則列車一次循環(huán)制動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng);當(dāng)列車管減壓量從50kPa增加70kPa時(shí)，一次循環(huán)制動(dòng)用時(shí)從325.4s增大至448.5s,增幅為37.8%;列車減壓量越大，則降速時(shí)間越短，同時(shí)列車升速時(shí)間越長(zhǎng)。列車管減壓量從50kPa增大至70kPa過程中，降速時(shí)間減小了41.2%，而升速時(shí)間增加了92.3%，由此可知列車管減壓量對(duì)列車升速時(shí)間影響更大。 從表4.1中還可以看出，列車降速距離隨列車管減壓量的減小而增大;列車增速距離則隨列車管減壓量的

33、減小而減小。當(dāng)列車管減壓量為50kPa時(shí)，列車降速距離為1882m，增速距離為1875.4m；當(dāng)列車管減壓量為70kPa時(shí)，列車降速距離為1093m，減小了41.9%，而列車增速距離為2868m，增大了52.9%。這是因?yàn)楫?dāng)列車管減壓量較小時(shí)，列車空氣制動(dòng)力較小，因此降速時(shí)間及降速距離均較長(zhǎng)，而當(dāng)列車實(shí)施空氣制動(dòng)緩解時(shí)，列車管減壓量越小，則列車緩解速度越快，因此列車增速時(shí)間及增速距離均較短。當(dāng)列車管減壓量為50kPa時(shí)，列車一次循環(huán)制動(dòng)行駛過的距離為3757.4m，而當(dāng)列車管減壓量為70kPa時(shí)，列車一次循環(huán)制動(dòng)行駛過的距離為3961m，僅增加了5.4%，由此可知減壓量對(duì)列車一次循環(huán)制動(dòng)所駛過

34、的距離影響較小。 4.2 列車管減壓量對(duì)最大車鉤力的影響 圖4.1給出了列車管不同減壓量條件下實(shí)施空電聯(lián)合循環(huán)制動(dòng)時(shí)每節(jié)車的最大車鉤力。 圖4.1 不同減壓量時(shí)每節(jié)車的最大車鉤力 從圖4.1中可以看出，列車最大壓鉤力均出現(xiàn)在列車前中部，而最大拉鉤力則出現(xiàn)在列車尾部;列車管減壓量對(duì)最大拉鉤力影響較小，例如當(dāng)列車管減壓量從50kPa增加至70kPa時(shí)，列車最大拉鉤力由409.2kN減至385.2kN，減幅僅為5.9%;列車最大壓鉤力隨列車管減壓量的增大而顯著增大，例如當(dāng)列車管減壓量為50kPa時(shí)列車最大壓鉤力為505.2kN，而當(dāng)列車管減壓量增大至70kPa時(shí)列車最大壓鉤力為606

35、.7kN，增加了20.1。由于在空電聯(lián)合循環(huán)制動(dòng)過程中，列車主要以承受壓鉤力為主，應(yīng)盡量采用較小的列車管減壓量以減小列車的壓鉤力。 4.3 列車管減壓量對(duì)最大加速度的影響 圖4.2給出了列車管不同減壓量條件下實(shí)施空電聯(lián)合循環(huán)制動(dòng)時(shí)每節(jié)車的最大加速度。 圖4.2不同減壓量時(shí)每節(jié)車的最大加速度 由圖4.2可知，列車管減壓量越大則列車最大負(fù)向加速度越大，如當(dāng)列車管減壓量為SOkPa時(shí)最大負(fù)向加速度為0.39g，而當(dāng)列車管減壓量增大至70kPa時(shí)，列車最大負(fù)向加速度為0.46g，增大了17.9%。因此，從優(yōu)化列車加速度角度出發(fā)，列車管減壓量為50kPa及60kPa時(shí)較優(yōu)，當(dāng)列車管減壓量為

36、70kPa時(shí)較差。 4.4 結(jié)果分析 列車管減壓量越大，則列車一次循環(huán)制動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)列車管減壓量從50kPa增加至70kPa時(shí)，一次循環(huán)制動(dòng)用時(shí)增加了37.8%;列車減壓量越大，則降速時(shí)間越短，同時(shí)列車升速時(shí)間越長(zhǎng);列車管減壓量對(duì)列車升速時(shí)間影響更大，當(dāng)列車管減壓量從5OkPa增大至70kPa過程中，降速時(shí)間減小了41.2%，而升速時(shí)間增加了92.3%。 列車制動(dòng)過程中，最大壓鉤力均出現(xiàn)在列車前中部，而最大拉鉤力則出現(xiàn)在列車尾部;列車管減壓量對(duì)列車?yán)^力影響較小;列車最大壓鉤力隨列車管減壓量的增大而顯著增大。由于列車在制動(dòng)過程中以承受壓鉤力為主，因此應(yīng)盡量采用較小的列車管減壓量以

37、減小列車壓鉤力。 4.5 本章小結(jié) 本章對(duì)列車管減壓量對(duì)制動(dòng)性能的影響進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，分別利用不同的減壓量對(duì)列車的調(diào)速性能、最大鉤力和最大加速度分別濟(jì)寧了研究，并對(duì)獲得的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。 21 第五章 總結(jié)與展望 對(duì)列車減壓對(duì)列車制動(dòng)性能的影響的研究中，對(duì)列車管壓和制動(dòng)理論進(jìn)行了學(xué)習(xí)，深入研究了空氣動(dòng)力學(xué)何流體力學(xué)的知識(shí)。 （1）對(duì)列車動(dòng)力學(xué)建模分析時(shí)，影響因素很多，但是為了簡(jiǎn)化處理，本文對(duì)很多因素進(jìn)行了理想化處理，建立的模型在實(shí)際應(yīng)用中，精度還有待提升，可以通過

38、更多數(shù)據(jù)凝合，考慮更多的影響因素進(jìn)行建模分析，能夠研究出比較準(zhǔn)確可靠度高的模型； （2）可以利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的分析方法，做更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)這樣可以求得最優(yōu)的制動(dòng)管壓量。 參考文獻(xiàn) [1] 魏偉, 胡楊, 趙旭寶, et al. 列車管定壓對(duì)列車制動(dòng)性能影響仿真研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛, 2017(02):22-28. [2] 陳浩, 魏偉. 重載列車制動(dòng)特性的試驗(yàn)研究[J]. 大連交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 38(2):11-14. [3] 涂旭. HXD 1型機(jī)車DK-2制動(dòng)機(jī)電子制動(dòng)控制器(EBV) 控制原理及故障判斷分析[J]. 鐵道機(jī)車車輛, 2017, 37(6)

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