基于风阻制动的高速列车减速度曲线研究

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近年来,我国高速铁路覆盖率飞速增长,客运列车运营速度也正逐步提高,这也为其安全性带来更大的考验。目前,电制动、再生制动、空气制动等黏着制动方式为我国高速动车组的主要制动方式。然而对于未来的更高速度列车,黏着系数将随速度提升而进一步降低,制动距离势必大幅增加;这不但威胁到列车的运行安全,也削弱了列车在高速区间运行的效率。因此,将非黏制动加入列车制动模式中补充制动力势在必行。目前,国内外已开展了有关涡流制动、磁轨制动、风阻制动等非黏制动的研究。其中,风阻制动产生的制动阻力与速度的平方成正比,在高速区段的制动收益很大,并且清洁节能、机构轻量、对车体结构改造简单,对未来更高速度的列车非常适用。
  本文的主要研究对象为最高运行速度500km/h、安装风阻制动的高速列车。本文研究了风阻制动与黏着制动配合运用的制动减速度。对于紧急制动减速度的研究:首先根据国内外高速列车的平均紧急制动减速度,设定500km/h高速列车的平均紧急减速度目标。其次根据0-300km/h黏着限值曲线拟合推演了300-500km/h的黏着限值曲线,并据此确定紧急黏着制动减速度曲线。再基于空气动力学理论,针对多个风阻制动参数因子的多水平取值工况,对风阻制动力进行流场数值模拟计算;运用方差分析法,针对风阻制动多项设计安装参数,进行对风阻制动力影响显著性分析;而后优化风阻制动外形与布置参数,以达到目标平均减速度。本文还对风阻与黏着制动配合运用的七级常用减速度进行了研究。首先参考国内高速列车的各级常用制动力分配比例,设定各级黏着常用制动减速度与各级风阻常用制动减速度。采用多副风阻制动组合开启的方案达到目标减速度,得到风阻制动在多级常用制动中的组合联动方案。
  本文的研究成果可为未来更高速度列车的制动减速度设计提供参考。
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