重载电力机车钩缓系统建模研究

第３２卷第４期　２０１２年８月　铁道机车车辆　ＲＡＩＬＷＡＹ　Ｉ　ＯＣ０Ｍ０ＴＩＶＥ＆ＣＡＲ　Ｖｏｌ｜３２　ＮＯ．４　Ａｕｇ．　２０１２　文章编号：１（）（）８—７８４２（２０１２）０４－－００１５－－０４　重载电力机车钩缓系统建模研究　吴庆，罗世辉，马卫华，许志强　（西南交通大学　牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１）　摘　要　针对不同类型重载电力机车钩缓系统建模方法进行研究，提供了非线性迟滞特性缓冲器及两种典型重载　电力机车钩缓系统的建模方法，建立了由４节机车及１节简化货车组成的列车模型。以ＤＦｃ—Ｅｌ００及１３Ａ／ＱＫＸ　１００钩缓系统为例，通过列车仿真验证了建模方法的合理性与准确性。研究结果表明，文中所建立的钩缓系统模　型能够较好地反映重载电力机车钩缓系统实际运行状态，仿真结果重现了两种钩缓系统在线路试验中表现出的稳　定性差异现象。　关键词　车钩；缓冲器；建模；机车　中图分类号：Ｕ２６４．３４　２　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—７８４２．２０１２．０４．０４　钩缓系统作为列车大系统中的重要组成部分，其特　性对列车动力学性能有着极大的影响口　］。对于长大编　畴，而在列车纵向动力学研究中车体通常被简化成只具　有纵向单一自由度的刚体。即使在研究车钩力对机车　组的重载货运列车而言，在大的纵向力作用下，其影响　更加突出。我国大秦线某型机车在万吨级列车牵引制　动试验中曾先后发生３次机车脱轨事故，调查结果表明　这些事故均与机车钩缓系统有直接关系　］。同类事故　在其他国家也有发生　。］。本文针对电力机车使用的不　同类型的钩缓系统建模方法进行研究。寻求建立完善、　一车辆横向动力学和垂向动力学的影响时，车钩作用通常　也只是以集中力的方式直接施加到车体车钩销处口　。　。　所以在以往的车钩模型中通常只考虑车钩力的特性，而　不考虑车钩结构对列车动力学带来的影响。ＡＡＲ研发　的Ｃｏｕｐｌｅｒ　Ａｎｇｌｉｎｇ　Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ＣＡＢＳ）＿１　将　对连挂的车钩简化为一根直杆，并加入车钩摆角特性　详细的机车钩缓系统动力学模型的建模方法，以用于钩　缓系统特性及列车安全性研究。　１　文献综述　构成车钩模型。其能用于计算不同工况下车钩摆角与　车钩力的大小。Ｐ．Ｂｅｌｆｏｒｔｅ，Ｆ．Ｃｈｅｌｉ＿ｌ２　胡在模拟货车　Ｄｒａｗ—Ｈｏｏｋ—Ｂｕｆｆｅｒ车端连接系统时，将相互接触的车　端缓冲器简化为允许绕车体转动的直杆，直杆长度为两　缓冲器接触面的曲率半径之和。沈刚　提出采用不同　力元特性代替车钩横、纵、垂三向特性来模拟钩缓系统。　罗世辉，马卫华＿２　在考虑机车车钩自由摆角与钩肩特　１．１　缓冲器建模文献综述　缓冲器建模研究经历了从线性模型到非线性模型　的发展过程。Ｐｅｔｅｒ，Ｇｅｉｋｅ，Ａｎｓａｒｉ．Ｍｌ８　。。曾使用线性　刚度与阻尼的组合建立缓冲器模型。孙翔，Ｄｕｒａｉ＿｜１　］　采用以缓冲器阻抗特性曲线为依据的片段线性化模型　来模拟缓冲器，并在模型中考虑了车钩间隙。当前最完　善的缓冲器仿真模型为具有迟滞特性的非线性模型。　早在１９８９年Ｄｕｎｃａｎ，Ｗｅｂｂｌ１副就提出了一种具有迟滞　特性的非线性模型，该种模型能够很好地用于冲击工况　的模拟，如落锤试验与调车工况。类似的模型在后来的　研究中得到了广泛的应用口　。　。１９９８年Ｃｏｌｅ［１胡的研究　性的前题下建立了一种车钩模型，其能够较好地体现车　钩自由摆角与钩肩特性对机车动力学的影响。　本文在文献Ｅ２５，４］工作基础上，进一步完成具有非　线性迟滞特性的缓冲器模型；将车钩钩肩回复力与缓冲　器回复力联系起来，完善钩肩回复力的实时性；考虑车　钩钩尾摩擦面作用，建立不同类型的机车车辆车钩缓冲　系统模型。　将缓冲器建模提升到了一个新的阶段，他完成的模型可　以同时满足冲击工况与非冲击工况（列车正常运行工　况）的模拟。　１．２　车钩建模文献综述　车钩的建模研究常常被纳入列车纵向动力学的范　２重载电力机车钩缓系统　我国重载电力机车主要有８Ｋ，ＳＳ。，ＳＳ　，ＨＸｎ１，　ＨＸＤ２，ＨＸＤ３等　。其中ＨＸＤ２主要采用ＤＦｃ　Ｅｌ００　钩缓系统，其余机车主要采用１３号或１３Ａ车钩，但配　备不同类型缓冲器。如ＳＳ。采用ＭＴ一２Ｎ擦式缓冲器，　＊国家自然科学基金资助项目（５０７７５１９１）；国家自然科学基金青年科学基金资助项目（５１０Ｏ５１９０）　吴庆（１９８７一）男，四川南充人，硕士研究生（修回日期：２０１２～０３—０２）　铁道机车车辆　第３２卷　ＨＸ　１、Ｉ－ＩＸ　３采用ＱＫＸ一１Ｏ０弹性胶泥缓冲器。重载　电力机车钩缓系统中以ＤＦＣ　Ｅｌ００及１３Ａ／ＱＫＸ　１００最为典型，下面以这两种钩缓系统为研究对象进行　研究。　Ｉ）ＦＣ—Ｅｌ００钩缓系统结构如图１所示，其为一种　圆销车钩，车钩自由摆角为２．５。～４．０。，机械结构允许　最大摆角１９。。其自由摆角的限制是通过钩肩与从板　凸块的相互作用来实现的，凸块直接作用于缓冲器前从　板上，借助缓冲器的回复力来提供车钩转角回复力矩。　ｌ３Ａ　ＱＫｘ一１００钩缓系统结构如图２所示，车钩采用　竖扁销，自由摆角９。～ｌｌ。。其自由摆角的限制是通过　钩尾框上的销孔形状来实现的，扁销与销孔组合形成一　种止挡，当车钩水平转角达到自由角的最大值后，钩尾　销与销孑Ｌ发生刚性接触以限制车钩继续摆动。前述两　种钩缓系统结构上除自由角限制方式不同以外，１３Ａ型　车钩在其钩尾与前从板间还有一处半径约为１３０　ｍｍ　的弧型摩擦面。在纵向作用力下，摩擦力能使钩缓系统　具有较强的动态稳钩能力。大秦线ＨＸ。１、ＨＸ。２互联　互通试验结果表明ＤＦＣ—Ｅｌ００车钩承压时较易发生　偏转，而１　３Ａ车钩承压时表现较稳定，偏转不明显。　图１　ＤＦＣ—Ｅｌ００钩缓系统　瓣…　图２　１３Ａ／ＱＫｘ一１００钩缓系统　３缓冲器建模及验证　缓冲器回复力具有非线性迟滞特性，即其加载特性　与卸载特性不一致。将缓冲器加载与卸载特性定义为　两个以缓冲器行程为变量的函数　（ｚ）．　（ｚ），两个函　数中均考虑车钩间隙、缓冲器初压力、车体底架刚性冲　击等因素。综Ｅ所述，在某一特定行程下缓冲器的迟滞　力为：　／ｔ　一１　ｌ，　（　ｒ）一ｆｚ（　）ｆ　（１）　为缓冲器迟滞特性定义一个切换速度ｅ　，当耦合　的两连接点相对速度ｌ△　ｌ≥ｅ　时，迟滞力为，’　；当耦　合的两连接点相对速度　△　ｌ＜　时，迟滞力为：　一　Ｉ．　（　）／＿／（　１）Ｉ　（２）　由于迟滞力总是与相对运动方向相反，故引入符号　函数ｓｉｇｎ（　），由此可建立缓冲器数学模型：　ＦＤ—Ｆ（Ｓｔ＂，Ａｖ）一　ｆ＿厂（　）＋【　（　）一ｆｌ（　）ｌ　ｓｉｇｎ（Ａｖ）　　ｔｉｆ（△　【≥　）　｛厂（　）＋Ｌ垒　Ｉ　（　）一＿，　ｒ）ｌ　ｓｉｇｎ（△　）　【ｉｆ（１　Ａｖ　ｌ≥ＣＵ）　其中Ｆｌ】为缓冲器回复力；△　为被连接的两车体　的相对速度；／（　）视加载与卸载Ｔ况的不同取　，“（　）　或，’　（　）。　图３，图４所示为一种弹性胶泥缓冲器模型示意图　与撞击仿真结果示功图。模拟工况为重１００　ｔ的质量　块以不同速度冲击止冲墩。从图中可以看出，示功图中　较好地体现了车钩间隙、缓冲器阻抗特性、初压力、迟滞　特性及缓冲器压死后的车体底架刚性冲击等特性。　ｌ　型丝韭者／一　ｒ　Ｉ・　—　１／　２　—　ｌ　／　；　；口　ｎ　仔　／（ｍ面　一葺　．构间隙　』．　图３缓冲器模型　图４缓冲器模型示功图模拟　４车钩建模　如图５所示为车钩模型结构图。由于车钩问隙在　缓冲器模型中已有考虑，忽略车钩间相对运动则可以将　第４期　重载电力机车钩缓系统建模研究　一对连挂的车钩假设为一根直杆。又由于缓冲器模型　当ＦＤ≤０，Ｆ，一０　摩擦临界速度；　为摩擦系数。　５钩缓模型验证　（６）　中同时考虑了缓冲器的拉压特性，所以在建模时可以忽　略钩尾框的建模，假设车钩与从板直接相连且车钩只有　绕Ａ点ｚ轴旋转和沿ｚ轴平移的自由度。从板通过缓　式中Ｆ，为钩尾摩擦力；　为接触点相对速度；　，为静　冲器与车体相连，且只具有ｘ向的平移自由度。约束　从板与车钩在Ｂ点的纵向与横向自由度，并加人适当　垂向相对运动特性。最后在Ａ，Ｂ两点处加入钩肩或止　挡特性，对于１３Ａ车钩还要加入摩擦作用，则可以建立　为验证重载电力机车钩缓系统模型的合理性与准　确性，根据某型８轴重载机车结构参数，建立了重载电　力机车模型。将重载机车模型分别与ＤＦＣ—Ｅ１Ｏ０和　１３Ａ／ＱＫＸ１００钩缓系统模型组合建立列车模型。列车　详细的钩缓系统模型。　图５车钩模型结构图　４．１　钩肩（止挡）特性　ＤＦＣ—Ｅｌ００钩缓系统的钩肩回复力是由缓冲器回　复力来提供的，同时为简化建模将钩肩回复力转化为回　复力矩。此时需要考虑车钩自由摆角与机械结构最大　转角，在此基础上建立钩肩特性：　当ｌ　０『＜ａ　，Ｔ　一０　当口ｆｒｅ　≤ｌ　０　ｌ≤口　，Ｔ　ＦＤ×Ｌｓｈｓｉｇｎ（０）　当ｌ　Ｉ＞ａ…，Ｔ　。一（　～ａ　×ｓｉｇｎ（０））×　１Ｏ。Ｌ　ｈ　（４）　对于１３Ａ车钩，当车钩摆角达到最大自由角后，钩　尾销与销孔发生刚性接触：　当『０『＜ａ　，Ｔ　一Ｏ　当ｌ　０　ｌ≥ａ　，Ｔ　一（　一ａ　Ｘ　ｓｉｇｎ（０））×１０。　（５）　式中丁　为车钩回复力矩；０为当前车钩转角；ａ　，ａ　分别为车钩自由角与结构最大转角；Ｌ　为钩肩到钩尾　销中心距离。　４．２钩尾摩擦弧面模型　１３Ａ车钩钩尾摩擦面是影响其运行状态的重要元　素。由于建模时使用缓冲器的回复力来表示车钩力，因　此，摩擦力的法向力输入采用当前缓冲器的回复力。需　要注意的是该摩擦面仅在车钩受压时起作用。　当Ｆ。＞０（压钩力），　Ｆ　ｒ一０，　Ｉ　Ｉ一０　Ｆ，一　Ｆ。　，　Ｉ　Ｉ＜　，　Ｆ，一Ｆｏ，ｕ×ｓｉｇｎ（ｖ　），　Ｉ　Ｉ≥　，　模型由４节机车与一节简化货车组成，简化货车重２Ｏ　０００　ｔ，仅具有纵向单一自由度。编组方式采用４节机　车连挂、前端集中牵引模式。模拟工况为机车电制动，　考察第３位机车后端钩缓系统动态表现。仿真时列车　以６０　ｋｍ／ｈ的速度在平直道上行驶，轨道不平顺采用　美国５级谱。机车从第２　Ｓ开始实施电制动，制动力经　ｌＯ　Ｓ后达到最大值后保持，共计算２０　ｓ。机车制动力最　大值７５　ｋＮ／轴。　图６　Ｄ　℃一Ｅｌ００钩缓系统动态表现　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　０　肼ｍ　ｍⅢ脚　僻　霏　卅　图７　１３Ａ／ＱＫＸ－－１００钩缓系统动态表现　图６所示为ＤＦＣ—Ｅｌ００钩缓系统的车钩力与车　钩转角的时间历程。从图中可以看出，在约９００　ｋＮ的　纵向压力下ＤＦＣ—Ｅｌ００车钩发生了明显偏转，最终偏　转角度达到车钩最大自由角。但是，该车钩并不是在开　始承压时就发生明显偏转，而是当纵向压力达到一定值　后才会发生。当车钩发生明显偏转时，车钩力出现了一　１８　铁道机车车辆　第３２卷　定振荡。这种现象在重载列车线路试验中也能观察到，　文献Ｅ２７］指出，ＤＦＣ—Ｅｌ００钩缓系统在纵向压力大于　４６０　ｋＮ时才会发生明显偏转。从图中也可以看出，仿　真钩缓系统模型在纵向压力达到３４５　ｋＮ后才发生明　显偏转，仿真结果重现了钩缓系统在线路试验中的这一　现象。　图７所示为１３Ａ／ＱＫＸ—ｉ００钩缓系统的承压动态　表现。可以看出，纵向压力下１３Ａ车钩的钩尾摩擦面　起到了明显的稳钩作用。仿真中车钩没有发生明显偏　转，而是在一个极小的范围内波动。车钩力也显得更为　平稳，这与线路试验现象吻合。　６　结束语　提供了非线性迟滞特性缓冲器及两种典型重载电　力机车车钩的建模方法；建立了由４节机车及１节简化　货车组成的列车模型；以ＤＦＣ—Ｅｌ００及１３Ａ／ＱＫＸ—　１００钩缓系统为例验证了建模方法的合理性与准确性。　研究结果表明，文中所建立的模型能够很好地反应　机车钩缓系统实际运行状态，仿真结果重现了钩缓系统　在重载列车线路试验中表现出的的稳定性差异现象。　参考文献　［１］　Ｅｌ—Ｓｉｂａｉｅ，Ｍ．Ｒｅｃｅｎｔ　Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｂｕｆｆ　ａｎｄ　Ｄｒａｆｔ　Ｔｅｓ　ｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［ｃ］．１￣ｊｉｎｇ：Ｆｉｆｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＨｅａｖｙＨａｕｌ　（Ｊｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，】９９３．　［２］　Ｂｕｆｆ　ａｎｄ　Ｄｒａｆｔ　Ｆｏｒｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ａｎ—　ｇｌｉｎｇ—‘Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　ｒａｉｌｒｏａｄｓ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｒａｃｋ　ｓｙｓ——　ｔｅｎｌｓ　ｎｅｗｓｌｅｔｔｅｒ［Ｊ／０Ｉ　］．Ｒａｉｌｗａｙ　Ａｇｅ，１９９０，Ｍａｒｃｈ．　ｈｔｔｐ　ｆｆ　．ｆｉｎｄａｒｔｉｃｌｅｓ．ｃｏｉｎ／ｐ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｍｉ—ｍ１２１５／ｉｓ—　ｎ３ｖｌ９１ａｉ８９０２３９９／．　［３］　杨俊杰，刘建新，罗世辉，封全保．重载组合列车机车车钩　稳定控制实验［Ｊ］．西南交通大学学报，２００９，４４（６）：８８２—　８８６．　［４］　Ｍａ　Ｗｅｉｈｕａ，Ｌｕｏ　Ｓｈｉｈｕｉ，Ｓｏｎｇ　Ｒｏｎｇｒｏｎｇ．Ｄｙｎａｍｉｃｓ　Ｃｈａｒａｃ—　ｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　ａｎｄ　Ｂｕｆｆｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｈｅａｖｙ　Ｈａｕｌ　Ｔｒａｉｎ［Ｃ］．ｃａｌｇｅｒｙ：２０１１　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＨｅａｖｙＨａｕｌ　Ｃｏｎｆｅｒ—　ｅｎｃｅ，２Ｏ１１．　［５］　中国北车集团大同电力机车有限责任公司．ＨＸ。２车钩系　统分析及改进工作汇报Ｉ－Ｒ］．大同：中国北车集团大同电　力机车有限责任公司，２００８．　［６］　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｂｏａｒｄ　ｏｆ　Ｃａｎａｄａ．　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｉｎｖｅｓｔｉ—　ｇａｔｉｏｎ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｒ０２Ｃ００５０ＥＲ］．Ｏｔｔａｗａ：ＴＳＢ　Ｃｎａｄａ，２００２．　［７］　Ｕ　Ｍ　Ｃｈｅｒｋａｓｈｉｎ，Ｓ　Ｍ　Ｚａｋｈａｒｏｖ，Ａ　Ｅ　Ｓｅｍｅｃｈｋｉｎ．Ａｎ　ｏ—　ｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｔｏｃｋ　ａｎｄ　ｔｒａｃｋ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ａｎｄ　ｌｏｎｇ　ｔｒａｉｎ　ｏｐｅｒａ—　ｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｒｕｓｓｉａｎ　ｒａｉｌｗａｙｓ　ＥＪ］Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｉｌ　ａｎｄ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｒａｎｓｉｔ，２００９，２２３（Ｓ）：１９９—２０８．　［８］　Ｐｅｔｅｒ　Ｃｒｕｂｅｒ，Ｍｏｈａｍｅｄ　Ｍ．Ｂａｙｏｕｍｉ．Ｓｕｂｏｐｔｉｍａｌ　Ｃｏｎ—　ｔｒｏｌ　Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉ—ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒｅｄ　Ｔｒａｉｎｓ　Ｉ＇Ｊ］．　　ＪＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９８２，ＡＣ一２７（３）：　５３６—５４６．　Ｅ９］　Ｇｅｉｋｅ，Ｔｈｏｍａｓ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｆｏｒｃｅｓ　ａｔ．ｍｅｔｒｏ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ’［Ｊ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ，２００７，４５（４）：３８９—　３９６．　［１０］　Ａｎｓａｒｉ．Ｍ，Ｅｓｍａｉｚａｄｅｈ．Ｅ，Ｙｏｕｎｅｓｉａｎ，Ｄ．１ｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｄｙ—　ｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ｔｒａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅａｖｙ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００９，１６（１／２）：１Ｏ２—１３１．　［１１］　Ｓｕｎ，Ｘ．Ｃｈｅｎ，Ｑ．Ａ　Ｆａｓｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｔｒａｉｎ　ｄｙｎａｍｉｃｓ［ｃ］．ｂｒｉｓｂａｎｅ：ｔｈｅ　ｆｏｒｔｈ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｈｅａｖｙ　ｈａｕｌ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８９．　，１１２］　Ｍｏｈａｍｍａｄ　Ｄ：ａｒａｌｉ，Ｂａｓｓｂａｋ　Ｓｈａｄｍｅｈｒｉ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ａｎａｌ￣　ｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｔｒａｉｎ　Ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｓｅｖｅｒｅ　Ｂｒａｋｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃ—　ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＳＭＥ，２００３，１２５：４８—５３．　［１３］　Ｉ．Ｂ．Ｄｕｎｃａｎ．Ｐ．Ａ．Ｗｅｂｂ．ｔｈｅ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｈａｕｌ　ｔｒａｉｎｓ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅｍｏｔｅ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ［Ｃ］．ｂｒｉｓｂａｎｅ：　ｔｈｅ　ｆｏｕｒｔｈ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｈｅａｖｙ　ｈａｕｌ　ｒａｉｌｗａｙ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，　１９８９．　［１４］　Ｌ．Ｃａｎｔｏｎｅ，Ｒ．Ｋａｒｂｓｔｅｉｎ，ＤＲ．Ｉ　．Ｍｕｌｌｅｒ，Ｄ．Ｎｅｇｒｅｔｔｉ，　Ｒ．Ｔｉｏｎｅ，Ｈ—Ｊｇｅｉｂｌｅｒ．Ｔｒａｉｎ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ——Ａ　Ｎｅｗ　Ａｐｐｒｏａｃｈ［ｃ］．Ｓｅｏｕｌ：８　ｗｏｒｌｄ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｒａｉｌ—　ｗａｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００８．　［１５］　Ａ　Ｎａｓｒ，Ｓ　Ｍｏｈａｍｍａｎｄｉ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｒａｉｎ　ｂｒａｋｅ　ｄｅｌａｙ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｉｎ—ｔｒａｉｎ　ｆｏｒｃｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｉｌ　ａｎｄ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｒａｎｓｉｔ，２０ｌ０，２２４：５２３—５３４．　，１１６］　黄运华，李　芾，傅茂海．车辆缓冲器特性研究口］．中国　铁道科学，２００５，２６（１）：９５—９９．　［１７１　常崇义，王成国，马大炜，张波．２万ｔ组合列车纵向力　计算研究［Ｊ］．铁道学报，２００６，２８（２）：８９—９４．　［１８］　Ｃｏｌｅ　Ｃ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　Ｗａｇｏｎ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｔｒａｉｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｒｏｃｋｈａｍｐｔｏｎ：Ｃｏｎ　ｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９８．　，１１９］　Ｍ．Ｍｅ　Ｃｌａｎａｃｈａｎ，Ｃ．Ｃｏｌｅ，Ｄ．Ｒｏａｃｈ，Ｂ．Ｓｃｏｗｎ．Ａｎ　１ｎ—　ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｂｏｇｉｅ　ａｎｄ　Ｗａｇｏｎ　Ｐｉｔｃｈ　Ａｓｓｏ—　ｃｉａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｔｒａｉｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ，１９９９，ｓ３３：３７４　３８５．　［２ｏ］　Ｓ　Ａ　Ｓｉｍｓｏｎ，Ｃ　Ｃｏｌｅ．Ｉｄｅａｌｉｚｅｄ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｈａｕｌｉｎｇ　ｌｏｃｏ—　ｍｏｔｉｖｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｉｌ　ａｎｄ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｒａｎｓｉｔ，２００７，　２２１：２２７—２３６．　，１２１］　阳光武，肖守讷，张卫华．列车曲线上制动时的安全性分　析［Ｊ］．铁道学报，２００９，３１（１）：３５—３９．　，１２２１　Ｐ．Ｂｅｌｆｏｒｔｅ，Ｆ．Ｃｈｅｌｉ，Ｇ．Ｄｉａｎａ，Ｓ．Ｍｅｌｚｉ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａ１　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒｅ　ｌｏｎｇｉ—　ｔｕｄｉｎａｌ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｈａｕｌ　ｆｒｉｇｈｔ　ｔｒａｉｎｓ［Ｊ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄ・ｙｎａｍｉｃｓ，２００８，４６（Ｓ）：９３７　９５５．　，１２３］　Ｆ．Ｃｈｅｌｉ，Ｓ．Ｍｅｌｚｉ．　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ。ｎ　ａｎｄ　ｍ０ｄｅｌ　ｌｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｓｉｄｅ　ｂｕｆｆｅｒ　ｆｏｒ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ｔｒａｉｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒａｉｌ　ａｎｄ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｒａｎｓｉｔ，２０１０，２２４：５３５—５４６．　第３２卷第４期　２０１２年８月　铁道机车车辆　ＲＡＩＬＷＡＹ　Ｌ０Ｃ０Ｍ０ＴＩＶＥ＆ＣＡＲ　Ｖ０ｌ＿３２　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．　２０１２　文章编号：１ＯＯ８—７８４２（２０１２）０４－－００１９－－０６　轮轨力测量在高速铁路轨道检测中的应用研究　祖宏林　，张志超　，汪伟　（１　中国铁道科学研究院　机车车辆研究所，北京１０００８１；　２　北京交通大学　交通运输学院，北京１０００４４；　３　西安铁路局　机务处，陕西西安７１００５４）　摘要随着世界高速铁路的快速发展，高速铁路轨道检测技术已突破传统的轨道几何检测，朝着综合检测的方　向发展。结合安装在我国新一代高速综合检测列车ＣＲＨ３８０Ｂ－００２的轮轨力检测系统在高速铁路轨道检测中的实　际应用情况，介绍了我国在高速铁路轨道综合检测领域的最新研究进展——基于轮轨力测量的高速铁路轨道检测　技术，并提出了一种基于轮轨力测量的高速铁路轨道状态评判方法。基于轮轨力测量的轨道检测技术通过安装在　固定车辆（一般为轨道检查车）的连续测量测力轮对测量轮轨之间的相互作用力，从对车辆运行安全性和轨道疲劳　寿命影响的角度对轨道状态进行检测，指导轨道日常养护。该技术是高速铁路轨道综合检测的重要组成部分，是　对传统轨道几何检测的有效补充和完善，它的投入运用将更好的保障高速铁路的安全运营。　关键词　轮轨力；连续测量；测力轮对；高速铁路；轨道综合检测　中图分类号：Ｕ２６０．１１　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—７８４２．２０１２．０４．０５　对于铁路轨道状态的检查，国内外普遍采用的是轨　道几何状态检测（简称几何轨检），检测项目包括高低、　态检测技术作为高速铁路轨道综合检测的重要组成部　分越来越得到重视。我国最新研制的ＣＲＨＳ８０Ｂ一００２是　轨向、轨距、水平、三角坑、轨距变化率等。随着高速铁　路的快速发展，对行车安全提出了越来越高的要求，单　纯的几何轨检已不能满足对高速铁路轨道状态进行全　面检查的需求，研究包括几何状态检测、轮轨动力学检　世界上首列检测速度达到了４００　ｋｍ／ｈ的高速综合检测　列车，安装在该检测列车上的轮轨力检测系统由中国铁　道科学研究院机车车辆研究所自主创新研制，采用拥有　自主知识产权的连续测量测力轮对技术实现了轮轨问　相互作用力（简称轮轨力）的高精度连续测量，该系统主　测等在内的轨道综合检测技术已成为高速铁路轨道检　测发展的必然趋势，其中基于轮轨作用力测量的轨道状　要用于对高速铁路轨道状态进行综合检测。　祖宏林（１９８Ｏ一）男，河北行唐人，助理研究员（收稿日期：２０１２一Ｏ４—２７）　［２４］沈刚，周劲松，任利惠．列车动力学模型的研究［Ｊ］．同　［２６］　鲍维千．机车总体及转向架［Ｍ］．北京：中国铁道出版　社，２０１０．　济大学学报（自然科学版），２００４，３２（ｉｉ）：５　９４１—８　９４１．　［２５］罗世辉，封全保，杨俊杰．承受纵向压力时ＨＸｏ２型重载　机车动力学问题研究［Ｊ］．铁道机车车辆，２００８，２８（ｓ）：　１４５—１４９．　［２７］　中国铁道科学院机车车辆研究所．ＨＸｏ２型机车１＋１牵　引万吨组合列车运行安全性试验报告［Ｒ］．北京：中国铁　道科学院机车车辆研究所，２００８．　Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｈｅａｖｙ—ｄｕｔｙ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　Ｖ　Ｕ　Ｑｉｎｇ，ＬＵＯ　Ｓｈｉ—ｈｕｉ，ＭＡ　Ｗｅｉ—ｈｕａ，ＸＵＺｉ—ｑｉａｎｇ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｐｏｗｅｒ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１　Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｌｉｎ　ｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｂｕｆｆｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔＷＯ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｈｅａｖｙ—ｄｕｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｏｃｏｍｏ—　ｔｉｖｅ，ｍｏｄｅｌｓ　ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｏｎｅ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ｔｒａｉｎ．ＤＦＣ－Ｅ１００　ａｎｄ　１３Ａ／ＱＫＸ一１００　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｔｏｏｋ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｔｏ　ｖａｌｉｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ，ｍｏｄｅｌｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃａｎ　ｒｅ—　ｆｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｕｎ—ｔｉｍｅ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　０ｆ　ｃｏｕｐｌｅｒ／ｓｖｓｔｅｍｓ　ｏｎ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ　ｑｕｉｔｅ　ｗｅｌ１．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｐｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｔｅｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｐｌｅｒ；Ｂｕｆｆｅｒ；ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ；ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ