重载铁路运输作为铁路货运发展的主要方向,受到越来越多的国家重视。国内外重载铁路运营、试验与理论研究表明,随着重载列车牵引重量以及车辆轴重的增加,列车纵向冲动变得非常复杂且剧烈,并带来一系列影响铁路运行安全的问题。神华铁路作为我国第二条西煤东运大通道,运量逐年增加。然而目前对神华铁路重载列车纵向动力学相关问题研究较少。因此研究分析神华铁路万吨重载列车的纵向冲动产生机理、列车制动系统特性、车辆动力学模型等重载列车纵向动力学相关问题,对重载列车的安全运行具有重要的意义。鉴于此,本文以神华铁路万吨重载列车作为研究对象,利用试验与仿真相结合的手段对其纵向动力学相关问题展开研究。神华铁路万吨重载列车纵向动力学试验测试项目为列车纵向车钩力、缓冲器压缩量以及制动系统压强。试验全程采用无人值守、多断面同步采集的方式,测试列车全路况运行过程中纵向冲动与制动系统特性。本文通过对采集数据合理处理,得到准确有效的试验数据,并结合机车操纵数据与线路参数进行同步分析,得到如下结论:试验过程中最大压钩力与最大拉钩力均发生在神朔铁路路段,分别为-1221kN与1301kN;试验列车在朔黄铁路运行时,车钩力整体水平低于神朔铁路;确定神华铁路易发生大于800kN车钩力(包括拉钩力与压钩力)的线路共5段;列车正线运行时,平均每次运行试验重车进行38次空气制动、空车进行8次空气制动;运行过程中制动减压量主要处于40~60kPa与100~130kPa之间;得到不同编组不同减压量的制动系统特性;通过对站内启动、进站停车、港口翻卸以及循环制动工况试验数据分析,得到典型工况时列车的纵向动力学响应以及制动系统特性。通过对列车平道直线惰行工况试验结果分析,探讨牵规中车辆运行单位基本阻力模型与实际差异,利用蚁群算法,建立新的车辆运行单位基本阻力模型,并利用平道直线惰行工况与坡道直线惰行工况试验数据对新模型进行验证。结果显示,新模型可以准确计算多次试验不同路段条件下的列车惰行速度与位移变化情况。通过选取神华铁路两段最具有代表性线路作为优化对象,以降低列车最大纵向力为优化目标,以改变列车编组方式与机车操纵方式为优化方法,在保证列车运行效率的同时,对列车实际运行过程进行优化。提出两种编组优化方案,结果表明:两种优化编组均可将最大车钩力减小50%。根据机车编组过程中工作流程复杂性,衡量两种优化编组方式,得到最优编组方案。在运行单位基本阻力新模型基础上,建立机车牵引电流-坡度-速度模型,依照此模型可根据列车所处不同坡度以及目标速度,合理选取机车最大牵引电流,得到机车操纵优化方案。通过与试验数据对比可知,在保证列车运行效率的同时,采用优化操纵方案后可将列车最大车钩力降低10%。通过对单编列车与组合列车缓解再充气时间试验结果分析并总结规律,利用再充气气体流动模型,仿真计算不同机车数量与不同编组方式列车再充气时间,得到六种编组列车再充气时间表达式。并分析编组方式对列车再充气时间的影响。得到如下结论:当机车集中于列车前部时,列车再充气时间缩短量与机车数目增加量非正比关系,2+0编组较1+0编组列车再充气时间减少15%,3+0编组较1+0编组减少20%;机车分散编组与机车集中编组相比可节约65%的再充气时间。并在此基础上,分析减压量与编组形式对长大坡道循环制动缓解初速度限值的影响。得到如下结论:随减压量的增大,列车缓解初速度限值逐渐降低,其降低的幅度随着坡度的增加而增大;随减压量的增大,分散式机车编组对列车缓解初速度限值提升效果逐渐明显;分散式机车编组可大幅提升长大下坡道循环制动时所允许的缓解初速度限值,其提升幅度随线路坡度的增加而增长,不同坡度坡道运行时,1+1+0编组缓解初速度限值是2+0编组的1.2~1.7倍,1+1+1编组缓解初速度限值是3+0编组的1.3~2.0倍。