列车救援车钩受力最恶劣工况及分析方法

梁士国 张云峰

摘 要：列车救援是轨道车辆不可避免的紧急情况，一般采用推送救援，且仅救援列车输出牵引及制动，故障列车无动力，无制动。如救援列车推行被救援车辆在行进过程中，突然施加了紧急制动，可能使车钩弹性缓冲用尽，产生很大的车钩力，导致车钩屈服甚至断裂。因此，有必要梳理列车救援最恶劣工况，分析车钩受力情况，必要时优化，确保列车救援安全。

关键词：列车救援;车钩受力;恶劣工况;分析方法

1概述

当装载旅客的列车发生故障，无法继续运行时，运营单位一般通过调度中心安排救援列车对故障列车进行救援，救援列车和故障列车通过车钩连挂，将故障列车送至最近的车站进行乘客疏散并将故障列车送出正线运营轨道。救援时，由于救援车辆加速、制动;被救援车无动力无制动;线路坡道等叠加因素影响，救援工况下车钩运用环境极为恶劣。

车钩是车辆连接最重要的部件，主要由连挂系统和缓冲系统组成。连挂系统主要起连接車辆作用;缓冲系统用来缓和车辆运行、调车、救援作业时的纵向冲击，吸收冲击能量，确保列车运用各种工况平稳、安全。因此梳理列车救援最恶劣工况，分析车钩受力情况，确保列车救援安全尤为重要。

2列车救援场景分析

列车救援分牵引救援及推送救援两种模式。牵引救援是指一列无故障车在前方牵引故障车至救援目的地;推送救援指一列无故障车在后方推送故障车至救援目的地。相对于车钩系统，两种救援模下车钩承受的救援作用力是不同的。正常救援模式下，均不会对车钩及车体造成损坏。

在列车紧急救援分析中，会考虑最恶劣情况，也就是非正常救援模式。其中以救援车先施加并保持最大牵引力，被救援车无任何牵引及制动能力，在紧急情况下，救援车施加紧急制动的工况最为恶劣。

基于以上工况，如采用牵引救援模式，车钩先在牵引力作用下受拉，后在紧急制动力作用下受压，该压力即为牵引救援模式下车钩承受的最大力;

推送救援模式下，车钩先在牵引力作用下受压，而后在紧急制动力下受拉，此拉力为推送救援模式下车钩承受的最大力。

压缩吸能是车钩主要特性之一，因此牵引救援不会对车钩及车体造成风险。而推动救援模式下，车钩最大作用力为拉力，车钩及车体的拉伸强度较低且车钩拉伸方向吸能少，车钩存在因救援产生的拉力过大而产生永久变形甚至断裂的可能性。故推送救援的危险程度远高于牵引救援。

3计算基本原理

救援计算基本原理基于牛顿第二定律，物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量M成反比，加速度a与力合力F的方向相同：

从公式可以看出救援工况车钩力仅与合外力及质量相关，救援最恶劣工况伴随加速和制动过程，因此反映在仿真分析中的输入参数主要有车重、牵引力、制动力、牵引力及制动力响应时间等。

4仿真分析方法

4.1 确定仿真输入参数

为确保救援仿真分析准确，需输入表1显示参数。

4.2确定仿真工况

确定具体仿真工况，如：当一列AW0的列车援救（推送）另一列AW3超载的列车时，两列列车联挂在一起，当救援列车紧急制动而被救援列车没有制动或制动失灵时，列车间车钩受力情况。

（1） 救援车（AW0）与被救援车（AW3）均在35‰坡道上（下坡），施加100%牵引加速时突然实施紧急制动。

（2） 救援车（AW0）在平道，被救援车（AW3）在35‰坡道上（下坡），施加100%牵引加速时突然实施紧急制动。

4.3进行计算机仿真

根据以上参数及工况进行计算机仿真分析。采用列车纵向动力学计算程序，按照列车纵向动力学理论，将整列车视为由车钩连接的若干单自由度（纵向）质点，通过对质点系运动微分方程组的逐步求解计算各个车的加速度、车钩力、速度历程曲线，研究不同工况下车钩的受力情况。

列车纵向动力学主要用来分析不同的列车编组、不同车辆配置、不同运行工况及不同的线路条件下组成列车的车辆间的纵向动力作用。列车纵向动力学模型如图3所示。一般情况下，取一节车为一个分离体。

对于N节车辆可列出N个微分方程，组成一个二阶微分方程组。

4.4仿真结果分析及优化

对仿真结果进行分析，若有风险需采取优化措施，如：救援牵引力尽可能小（满足推动故障车上坡启动的最小牵引力）;限制救援紧急制动力/实现救援车与被救援车同步制动;提高缓冲器压缩起始力值/更换其它拉伸方向性能更高的缓冲器等。

5结束语

本文详细分析了轨道车辆列车救援场景，筛选出列车救援车钩受力最恶劣工况，并介绍了救援工况车钩受力计算基本原理、仿真分析方法，为列车救援车钩受力分析提供参考。

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作者简介：作者简介：梁士国，2004年毕业于长春工业大学 机械工程及自动化专业，工学硕士，从事轨道车辆研发工作。BE2AC842-10F1-472C-9D4F-46DD673A4EE9