型。
[0033]可采用本领域技术人员已知的任意方法来确定重载列车中出现最大纵向车钩力位置。图2示出了更新后的三维重载列车动力学模型的示意图。图2中的P点对应于基于一维重载列车纵向动力学模型所确定的出现最大纵向车钩力的位置。
[0034]为了能准确求解，需要将与出现最大纵向车钩力的位置(如图2中P点)相邻的至少三节车辆替换为三维车辆-轨道耦合模型，以消除周围单质点车辆模型对关注处车辆横向及垂向运动形成的约束效应；并将与三维车辆-轨道耦合模型连接的车钩替换为三维车钩力计算模型。
[0035]所述三维车辆-轨道耦合模型可包括了三维车辆模型、三维轨道模型和车辆与轨道间的作用力模型。所述三维车辆-轨道耦合模型能够反映车辆和轨道沿各个方向的振动，以及车辆与轨道间的相互作用。
[0036]优选地，发明人对现有三维车辆-轨道耦合模型进行下列改进，以使其适用于对重载列车进行仿真，并提高仿真结果的准确性:
[0037](I)如果仿真对象是机车2，则在现有三维车辆-轨道模型中增加对下列元素的模拟:
[0038]牵引电机与轮对之间的驱动力、电制动力；
[0039]机车和转向架之间的牵引拉杆作用力；
[0040]轮对运动中，牵引电机的驱动力矩和电制动力矩以及列车实施空气制动时的闸瓦压力、空气制动力；
[0041](2)如果仿真对象是货车1，则在现有三维车辆-轨道模型中增加对下列元素的模拟:
[0042]轮对运动中，列车实施空气制动时的闸瓦压力、空气制动力；
[0043]侧架运动中，交叉支撑拉杆的支撑作用。优选地，在仿真中，可将重载列车位置置于重点关注的线路区段处，例如，可从轨道模型库中选取表示小半径曲线线路区段、存在轨道结构缺陷线路区段或轨道几何状态恶化线路区段的轨道模型作为三维车辆-轨道耦合模型中的三维轨道模型。三维轨道模型还可包括相应的轨道不平顺数据。
[0044]所述三维车钩力计算模型不仅能反映车辆间的纵向车钩力，还能反映车辆间的横向车钩力和垂向车钩力。两节用三维车辆-轨道耦合模型表示的车辆间的车钩对，以及一节用三维车辆-轨道耦合模型表示的车辆与一节用单质点车辆模型表示的车辆间的车钩对，都可被替换为三维车钩力模型。
[0045]被替换为三维车辆-轨道耦合模型的车辆数量越多，则仿真结果越准确，相应地，计算复杂度也越高。如果选择与出现最大纵向车钩力位置(例如P点)邻近的三节车辆的模型进行替换，则该三节车辆可以是该位置前方的两节和后方的一节车辆，或者是该位置后方的两节和前方的一节车辆。
[0046]如图2所示，更新后的三维重载列车动力学模型中，除需重点关注位置的车辆(即上述与出现最大纵向车钩力的位置相邻的至少三节车辆)和车钩对外，其他车辆和车钩对可仍用单质点车辆模型和纵向车钩力计算模型来表示，以减少系统求解的计算量和复杂度，加快计算速度。
[0047]回到图1，在步骤S4中，可基于更新后的三维重载列车动力学模型计算相应操纵条件下重载列车和轨道的动力指标，来评估重载列车及轨道耦合系统的动态性能，该动态性能包括重载列车与轨道间的相互作用。可设置列车运行条件，并将列车操纵条件设置为与步骤S2中设定的操纵条件相同，然后可基于更新后的三维重载列车动力学模型，利用本领域技术人员知晓的任意技术手段，来计算该耦合系统中的车辆振动加速度、脱轨系数、轮轨作用力、轨枕支反力、轨距动态扩大量、道床和路基的顶面应力以及钢轨、轨枕与道床的位移和加速度等指标，从而评估该重载列车和轨道组成的系统的性能。
[0048]优选地，可针对不同的重载列车操纵条件，重复执行步骤S2?S4，以对不同操纵条件下的系统性能进行评估，从而获取与该系统性能相关的全面数据。
[0049]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0050]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0051]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1.一种用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，该方法包括: 步骤SI，建立一维的重载列车动力学模型，其中所述重载列车中的每节车辆由反映车辆纵向动力学特征的单质点车辆模型来表示，所述车辆包括机车和货车；车辆间的车钩对由反映车钩纵向作用力的车钩纵向力计算模型来表示，所述的车钩包括机车钩缓装置和货车钩缓装置； 步骤S2，设定重载列车操纵条件，基于所述一维重载列车动力学模型计算在设定操纵条件下所述重载列车的车辆间的纵向车钩力； 步骤S3，确定出现最大纵向车钩力的位置，并将该位置邻近的至少三节车辆替换为由三维车辆-轨道耦合模型来表示，将与三维车辆-轨道耦合模型连接的车钩替换为由三维车钩力计算模型来表示，以更新重载列车动力学模型； 步骤S4，基于更新后的重载列车动力学计算在所述设定操纵条件下所述重载列车及轨道的动力指标，来评估所述设定操纵条件下列车及轨道耦合系统的动态性能。
2.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，其中，所述重载列车操纵条件为下列中的一者:列车牵引起动、列车惰性运动、列车调速制动以及列车停车制动。
3.根据权利要求1或2所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，还包括针对不同重载列车操纵条件，重复执行步骤S2?S4。
4.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道的耦合系统动态性能的方法，其中，所述三维车辆-轨道耦合模型包括了三维车辆模型、三维轨道模型和车辆与轨道间的作用力模型。
5.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，其中，所述三维车钩力计算模型对车辆间的纵向车钩力、横向车钩力和垂向车钩力进行模拟。
6.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，其中，用于表示机车的所述三维车辆-轨道耦合模型还包括对下列因素中的至少一者进行模拟: 牵引电机与轮对之间的驱动力、电制动力； 机车和转向架之间的牵引拉杆作用力； 轮对运动中，牵引电机的驱动力矩和电制动力矩以及列车实施空气制动时的闸瓦压力、空气制动力。
7.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，其中，用于表示货车的所述三维车辆-轨道耦合模型还包括对下列因素中的至少一者进行模拟: 轮对运动中，列车实施空气制动时的闸瓦压力、空气制动力； 侧架运动中，交叉支撑拉杆的支撑作用。
8.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，其中，采用表示小半径曲线线路区段、存在轨道结构缺陷线路区段或轨道几何状态恶化线路区段的轨道模型作为所述车辆-轨道耦合模型中的轨道模型。
9.根据权利要求1所述的用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法，所述动力指标包括下列部分或全部参数:车辆振动加速度、脱轨系数、轮轨作用力、轨枕支反力、轨距动态扩大量、道床和路基的顶面应力以及钢轨、轨枕与道床的位移和加速度。
【专利摘要】本发明公开了一种用于评估重载列车及轨道耦合系统动态性能的方法。根据该方法，可先基于简单的一维重载列车纵向动力学模型，快速确定列车冲动最为剧烈的关键部位，然后将关键部位处的单质点车辆模型与纵向车钩力计算模型分别替换为更为精确的三维车辆-轨道耦合动力学模型与三维车钩力计算模型，从而对重载列车及重载轨道组成的整体系统的动态性能进行评估，本发明能够兼顾性能评估的准确性和评估效率。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104679938
【申请号】CN201510029247
【发明人】贾晋中, 薛继连, 孟宪洪, 尹成斐, 何占元, 罗慧刚, 刘鹏飞, 王开云, 翟婉明, 李伟, 马战国, 王风
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 朔黄铁路发展有限责任公司, 西南交通大学, 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月21日