第 ３ ３ 卷 增 刊 ２ ０ １ ３年 １ ２月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｌ ＯＣ ＯＭ ＯＴＩ ＶＥ ８ Ｌ ＣＡＲ
Ｖ ｏ１ ． ３３ Ｓｕ ｐｐ１
Ｄｅ ｃ ． ２ Ｏｌ ３
文章编 号 ： １ ０ ０ ８ —７ ８ ４ ２（ ２ ０ １ ３ ） Ｓ ２ —０ ０ ５ ２ —０ ４
对该 问题也 进行 了大量 研究 ， 并取 得一 定成 果＿ １ ” ］ 。如
前所 述 ， 尽 可能地 减小 重载列 车运输 的能耗 具有 重要 意
义， 但 一切 节能措 施必 须建立 在安 全性 的基 础 上 。随着
列车质量 、 速度及编组长度 的增长 ， 列 车 中较大 的纵 向力 及其转化 而来 的车钩横 向力对列 车安 全和 运输装 备 的疲
究¨ ２ ］ ， 并 有 相 关 产 品得 以应用 ， 如 Ｄ ＡＳ 【 ６ ］ ， Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｍｉ ｓ —
ｅｒ ［
，
Ｔｒ ｉ ｐ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｒ ［ ， Ｆ ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ｍｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ［ 。 等 。国 内学 者针
Ⅱ表 不 车 辆 加 速 厦 ， ｍ／ Ｓ ； Ｃ 非 线 性 阻 尼 糸 数 Ｎｓ ／ ｍ
Ｋ 非线 性 弹簧 刚 度 ， Ｎ／ ｍ； ｍ 为 车 辆质 量 ， ｋ ｇ ； Ｆ 表 示 坡 道 引起 的重 力 分 量 ， Ｎ； Ｆ 为 阻力 ， Ｎ； Ｆ ／ ｄ ｂ 为 机 车牵 引和 制 动 力 ， Ｎ。
图 １ 列车 纵 向动 力 学 模 型
劳寿命都 会产 生不 利 影 响。因此 ， 在进 行列 车 能量 及 能
路条件 、 机 车车辆 特性及 钩缓 系统特 性 为共 同输 入 的一 个 函数 。一 个纵 向 动力 学 系统 可 以用 一个 微 分 方 程 系 统来描 述 ， 为了建 立这些 方程通 常假 设货 车 没有 横 向和
重 载列 车巨大 的 质量 及 较 高 的运 行 速 度意 味 着 重 载列
车 的运行 具有 强 大 的 动能 及 势能 。以我 国大 秦 线 煤 炭
垂 向运动 ， 这种简 化被 目前绝 大多数 仿真模 块所 采用 。 图 １ 所示 为列 车动力 学模 型 ， 图 中所 有 车辆 都 受 阻
力与 制动力 合力 Ｆ 和重 力影 响 ， 牵 引 力 和 电 制 动力 施
考 虑 能 耗 分 析 的 纵 向动 力 学 仿 真 软件 ， 并 利 用 该 软件 对组 合 列 车进 行 了算 例 分 析 。 关键词 纵 向动 力 学 ； 能 量 ；能耗 ；重 载 列 车
文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ —７ ８ ４ ２ ． ２ ０ １ ３ ． Ｚ ２ ． １ ０
中 图分 类号 ：Ｕ２ ６ ０ ． １ １
重载 列车 的优点 已广为 人知 ， 其 中最重 要 的一 点就 是 能够提 高运输 效率 、 增大 经济效 益 。随着 列 车牵 引 总 重、 编组 长度 的大 幅 度增 加 ， 列 车 运行 的安 全 性 受 到 的 考 验越来 越多 ， 货 物 运输 产 生 的 能耗 越 来 越 受 到重 视 。
式中 Ｆ 。 为驱 动阻力 ， Ｎ； Ｆ 为 弯道阻 力 ， Ｎ； Ｆ 为 常用 制
动 动 力， Ｎ。
动能＿ ＿ １ ］ 。因此 ， 加深 对列 车能量及 能 耗 的相关 分 析不 但 具 有较 大 的学术价 值 ， 而且具 有重要 的经 济性意 义 。 国外对 列车 能耗 及 相关 节 能 措 施 有较 为深 入 的研
基 于纵 向动力 学 的列 车能 量及 能耗 分 析
罗 世 辉 ，吴 庆 ，杜 志 辉
（ １ 西 南交通大 学 牵引 动力 国家重 点实验 室 ，四川成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ；
２ 中国铁路 总公 司 运 输局机 务部 ， 北京 １ ０ ０ ８ ４ ４ ）
摘 要 列 车 动 力 学 及 列 车 能耗 分 析 对 重 载 运 输 的安 全 性 及 经 济 性 有 着 重 要 意 义 。在 列 车 纵 向动 力 学 的基 础 上
进行列车能耗 、 能量 分 析 能 够 更 加 清 楚 地认 识列 车 能 耗 、 能 量 的组 成 成 分 ， 在保证列 车运行安 全性 、 降低 列 车 纵 向
力 的前 提 下 提 出更 加 有 效 、 更 加 合 理 的 节 能 措 施 。为进 行 重 载 列 车 纵 向动 力 学 及 列 车 能量 、 能耗研 究 ， 开 发 了 综 合
运 输为例 ， 大秦 线组 合列 车牵 引总重 已超过 ２万 ｔ ， 列 车
最 高运行 速 度 ８ ０ ｋ ｍ／ ｈ 。而 大 秦 线 重 车方 向主 要 以下 坡为主， 空 车方 向 以上 坡 为主 ， 大 同到秦 皇 岛 的海 拔 高
加在 机车 上 。Ｆ 为基本 阻 力 、 弯 道 阻力 、 空 气 阻力 和 常
耗分析 的同时 ， 需 要对 列 车动 力学 及安 全 性 车有 ：
ｍ１ ａ １ ＋ｆ （ １ ， ２ ， ｚ １ ， ｚ ２ ）一 Ｆｔ ／ ｄ ｌ ａ １一 Ｆ １一 Ｆｇ １（ ２ ）
分析 。在 列车动力学分析 的基 础上 进行列 车能量 及能 耗 分析还 可 以更 加 准确 地 认 识列 车 能 量及 能 耗 的组 成 成 分， 做 到有 的放矢 ， 提 出更好 、 更合理 的节能措施 。
用制 动力 之和 。电制动 力可 归纳至 机车 牵引 力 Ｆ ， 基 本 阻力和 空气 阻力可 归纳为 驱动 阻力 Ｆ … 则：
Ｆ 一 Ｆ ＋ Ｆ ＋ Ｆｂ （ １ ）
度差达 １ ０ ０ ０ ｍ。结合 大秦线 原车底 空 车返 回的运行 策
略， 理论 上 ， 大秦 线重 载 运 输 蕴含 着 巨大 可 回 收势 能 与