随着经济的快速发展,货物运输任务日益繁重,重载铁路运输作为一种运量大、效益高的运输方式受到越来越多国家的重视,中国也不例外,先后在大秦线、朔黄线和晋豫鲁铁路等多条重载线路上开行了万t重载列车。重载列车由于总重较大,运行阻力也较大,通常需要采用一辆甚至多辆牵引性能良好的大功率机车牵引,而限制机车牵引性能的因素主要包括轮轨粘着和分相区。对于前者通常采用粘着控制,使机车在相同轨面条件下能够发挥出最大牵引力。对于后者需要尽可能缩短机车通过分相区时的断电惰行时长以及在通过分相区后尽可能快的恢复牵引力,以提高分相区列车通行效率。而牵引力变化对列车运行安全性能影响显著,故本文研究了粘着控制及通过分相区后牵引力恢复速率对列车纵向冲击和机车运行平稳性的影响。本文首先介绍了机车粘着控制原理以及国内外粘着控制、列车纵向动力学研究现状。并依据粘着控制理论和列车纵向动力学理论在MATLAB/Simulink中建立了粘着控制系统、空气制动系统、车钩缓冲器模型和车辆动力学模型,分析了空气制动系统主要参数对制动缸升压特性的影响。为了更好的模拟机车轮轨蠕滑特性,依据车辆系统动力学理论在SIMPACK中建立了机车多体动力学模型。采用MATLAB/Simulink和SIMPACK联合仿真的方法将多系统联合组建成1万t重载列车仿真平台。依据所建立的仿真平台,本文首先分析了列车在不同轨面条件以不同牵引力施加速率起车时,粘着控制对机车粘着利用和列车纵向动力学性能的影响。结果表明:在较差轨面条件下起车且无粘着控制时应采用相对较小的牵引力加载速率;在有粘着控制时,应采用较大的加载速率,牵引力在迅速上升到最大值之后,由粘着控制系统对其进行调节,使其尽可能保持在当前轨面条件所允许的最大值附近。其次分析了粘着控制对限速80 km/h的12‰长大下坡道上列车循环制动性能的影响,结果表明:在循环制动过程中,采用粘着控制能够使机车长时间保持较大电制动力而无需施加空气制动,可以提高货车空气制动和缓解速率,减小机车闸瓦磨耗。在无粘着控制时列车开始空气制动和缓解的速度分别不得大于78.3 km/h和54.4 km/h,而有粘着控制时可以分别提升至79.0 km/h和60.8 km/h,有效提升列车运行速度。粘着控制对循环制动中车钩力最值影响不明显。最后分析了采用不同装置通过分相区后机车牵引力恢复速率对列车纵向动力学性能的影响,结果表明:采用电子过分相装置通过分相区后机车以200 kN/s的速率将牵引力恢复至机车过分相前牵引力,可以减小列车车钩力并提高机车运行平稳性;使用传统过分相装置惰行通过1300 m长分相区后,采用较小的牵引力恢复速率可在减小列车车钩力的同时提高机车运行平稳性。