重载运输是除高速以外,铁路现代化的又一个标志。自20世纪60年代以来,发展铁路重载运输得到世界上越来越多国家的重视。长期以来,铁路运输以其速度快、运量大、安全方便、耗能低等优点在我国交通运输中占据着十分重要的地位。但是,多方面的原因导致我国运能与运量之间的矛盾异常突出。发展重载运输,大幅度提高列车的运载量是解决我国日益激化的铁路货运矛盾的重要途径和根本对策。然而,由于列车重量增加,长度增加,车辆轴重增大,列车运行中的牵引力及制动力加大,制动波传递时间加长,而且列车所占的线路纵横断面比较复杂,因此,重载列车的受力情况远比一般列车复杂。列车的冲动、断钩、脱钩、脱轨,以至货物及车辆设备损坏增多、线路变形及养护维修工作量增大、轮轨磨耗加剧等,已成为重载铁路运输中的突出问题。重载列车系统动力学是随着重载列车的发展而建立起来的,其研究对象是重载列车在线路上运行时的动态行为特性,研究目的是分析重载列车在运行过程中机车车辆与线路、列车中机车车辆之间相互关系和相互作用,并寻求合理措施来改善他们之间的动态相互关系,降低其有害作用,保证重载列车运行安全可靠。重载列车系统动力学研究的问题比较多,涉及面广,有机车的、车辆的、线路的各种问题,还有列车编组的、机车配置的以及机车操纵等方面的问题。本文首先以作为列车构成的基本要素的重载货车为对象,分析了车辆结构或特性参数对车辆动力学性能的影响规律。接着,针对传统列车动力学研究中出现的自由度众多,难于计算处理等局限,本文运用基于循环变量的模块化建模及数值求解方法对重载列车动力学做了较为系统的研究,主要从以下几个方面进行分析:(1)重载列车与线路之间的相互作用和相互关系,具体而言包括直线、曲线、坡道以及由三者构成的空间曲线;(2)重载列车动力学性能与编组之间的关系,具体而言涉及编组辆数、机车配置以及空重车混编等方面;(3)重载列车机车操纵与系统动力学之间的密切关系,具体分析列车加速、匀速(包括理想匀速、均衡匀速)和减速之间的关系;(4)重载列车空气制动系统初步仿真研究,主要分析列车空气制动系统中空气传播特性以及多种参数对制动性能的影响规律。经过初步分析,系统反映了重载货车结构和特性参数对动力学性能的影响规律;通过对重载列车系统动力学的全面分析,初步揭示了其与线路、编组和操纵方式之间的相互作用关系,反映了重载列车运行过程中的动态运行行为。