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user: 4. 操纵改善方案及结果分析 4.1. 方案探究及结果分析 在说明这两个突变力形成的原因之后，便可采取对应的操纵措施来减小列车产生的突变力，图8为列车主控、从控机车相对于列车尾车的位移图，从图中可以看到初始状态列车主控机车、从控机车与尾车并没有产生相对位移，说明一开始列车并没有产生压缩或拉伸，随着列车开始制动，主控与从控机车位移逐渐小于了尾车位移，说明列车长度缩短，开始进入压缩状态，产生了压钩力，等到列车缓解时，从图8中可以看到，主控与从控机车位移开始逐渐大于了尾车的位移，说明缓解后列车整体长度伸长，进入了拉伸状态，开始产生拉钩力，据上述分析可知此次列车跳钩事故便是由列车缓解后拉钩过程中产生，在列车拉伸状态中，主控机车与从控机车相对于尾车有向前运动的趋势，根据机车与车辆的相对位移可得出当主控和从控机车在缓解后再生制动力增大时，会减弱机车相对尾车向前运动的趋势，列车的拉伸状态也会得到减弱，就会减少从控机车后钩拉钩力与突变力。图9与图10给出了列车缓解后使机车再生力同步增大至330 kN、360 kN与410 kN的列车最大车钩力沿车长分布图与从控机车车钩力的时域图。 图8. 主控、从控机车相对于尾车位移 图9. 列车最大拉钩力沿车长分布图 图10. 从控机车车钩力时域图 从图9中可以看到，随着缓解后机车再生力的增大，列车整体拉钩力有所减小，从图10中可以看到，虽然从控机车后钩缓解后最大拉钩力与突变力值有所减小，但两个突变力却仍然存在。其中拉钩力与突变力具体数据如表1所示： Table 1 The Comparison between the mutant coupler force and the maximum tensile coupler force of the back coupler of the slave locomotive with the original operating instruction 机车再生力 第一个突变力 变化百分比 第二个突变力 变化百分比 最大拉钩力 变化百分比 (原操纵方式) 280 kN 602.4 kN 0% 1332.5 kN 0% 1443.1 kN 0% 330 kN 565.1 kN −6.2% 1331.1 kN −0.1% 1390.0 kN −3.7% 360 kN 530.7 kN −11.9% 1301.1 kN −2.3% 1301.1 kN −9.8% 410 kN 522.8 kN −13.2% 1287.9 kN −3.4% 1287.9 kN −10.8% 表1. 从控机车后钩突变力和最大拉钩力与原操纵方式对比 从表1中可知，虽然随着缓解后机车再生力的增大，列车缓解后最大拉钩力有所减小，且两个突变力均有所减小，但突变力仍然存在，靠同步增大机车再生力的操纵方式优化突变力效果有限。所以下面探究缓解时同步操纵机车减小再生力对列车缓解后拉钩力与突变力的影响，图11与图12为列车缓解时同步将机车再生力降至230 kN、200 kN与180 kN的列车最大拉钩力沿车长分布图与从控机车车钩力的时域图。 图11. 列车最大拉钩力沿车长分布图 图12. 从控机车车钩力时域图 从图11中可知随着缓解时机车再生力的减小，列车缓解后整车最大拉钩力有所增大，从图12中可以看到，随着缓解时机车再生力的减小，列车从控机车后钩缓解后最大拉钩力有所增大，但当机车再生力在缓解时降低至230 kN时，列车缓解后在从控机车后钩位虽然拉钩力上升速度较快，却并没有产生第二个突变力，其中拉钩力与突变力具体数据如表2所示： Table 2 The Comparison between the mutant coupler force and the maximum tensile coupler force of the back coupler of the slave locomotive with the original operating instruction 机车再生力 第一个突变力 变化百分比 第二个突变力 变化百分比 最大拉钩力 变化百分比 (原操纵方式) 280 kN 602.4 kN 0% 1332.5 kN 0% 1443.1 kN 0% 230 kN 573.5 kN −4.8% 1882.0 kN 30.4% 100 kN 555.9 kN −7.7% 1945.8 kN 34.8% 180 kN 557.2 kN −7.5% 1962.9 kN 36.0% 表2. 从控机车后钩突变力与最大拉钩力与原操纵方式对比 从表2中可以看到，在缓解后机车再生力减小至230 kN时，列车产生的第一个突变力有所减小，且在第一个突变力产生后没有出现第二个突变现象。观察此种操纵方式下的列车拉钩力形成过程，发现是当原操纵方式下列车开始产生第二个突变力时，该操纵方式下的列车拉钩力没有从列车后半部传递至从控机车，而是先从列车中部开始逐渐增大并向后部传递，所以在从控机车后钩处并没有出现第二个突变力。如图13所示，可以看到当列车缓解时将从控机车再生力减小至230 kN时，列车后半列拉钩力传递过程是由列车中部向后部逐渐传递的，这与跳钩时拉钩力的传播规律是不同的。 图13. 列车拉钩力传递过程 分析在缓解后减小机车再生力时列车拉钩力由列车中部向后部逐渐传递的原因，是因为当缓解后机车再生力减小时，列车前部车辆缓解后的拉伸作用会增强，导致列车前部拉钩力增大，拉伸后部车辆，使得拉钩力从列车前部传递至后部，从而避免了从控机车后钩第二个突变力的发生。但是由图11可知，当缓解后机车再生力降低时，列车缓解后整体最大拉钩力有所增大，对列车的运行品质有害，所以下面探究如何能在使突变力消失的同时不使列车缓解后最大拉钩力恶化的方案。 由上述对机车操纵方式的探究可知，缓解后随着机车再生力的增大，列车缓解后拉钩力在不断减小。所以考虑在缓解时通过减小机车再生力优化突变力后，再通过增大机车再生力使列车缓解后最大拉钩力减小，考虑机车长时间施加较大再生力会对电机造成损坏，以下增大机车再生力的值均为410 kN。图14与图15为在缓解时将机车再生力降低至230 kN，缓解经过一定时间后再增大至410 kN的列车最大车钩力沿车长分布图与从控机车车钩力时域图。 图14. 列车最大车钩力沿车长分布图 图15. 从控机车车钩力时域图 如图14所示，发现列车缓解后如果过晚增大机车再生力会难以抑制列车缓解后最大拉钩力恶化，对列车运行品质造成危害，又如图15所示，在列车缓解后过早增大机车再生力又会使突变拉钩力重新出现，达不到优化突变力的目的，说明操纵机车增大再生力对优化突变力与最大拉钩力来说存在着一个操纵时间段，经反复仿真操纵，确定了列车在缓解时将机车再生力降低至230 kN的条件下，在缓解后8.7 s到9.3 s内将机车再生力增大410 kN，这样既不会产生第二个突变力，列车整体最大拉钩力也没有增大，整体优化效果较好，图16为优化后列车最大拉钩力沿车长分布图，图17给出了从控机车后钩车钩力时域图。 图16. 列车最大拉钩力沿车长分布图 图17. 从控机车车钩力时域图 4.2. 避免跳钩的操纵方案汇总 上面针对改善此次列车跳钩的操纵方式进行了分析，确定了在缓解时同步减小机车再生力可防止跳钩车位第二个突变力的产生，之后通过增大机车再生力防止列车缓解后最大拉钩力的恶化，但仅仅针对缓解后机车再生力降至230 kN的情况制定了操纵方案，下面针对缓解时施加机车再生力的大小与缓解后增大机车再生力的时机进行进一步的探究，经仿真计算，图18绘出了列车在缓解后将机车再生力降低至230 kN到50 kN时的操纵方案，其中横轴代表的是列车缓解时机车再生力的施加值，纵轴代表的是缓解后将机车再生力增大至410 kN的操纵时间，在图中红线之下操纵机车增大再生力可保证列车缓解后最大拉钩力要小于原操纵方式，在黑线之上操纵机车增大再生力可保证列车缓解后在从控机车位后钩不会重新产生第二个突变力，图中红线与黑线之间即为增大机车再生力的操纵可行域。 图18. 机车再生力操纵方式图