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user: 3. 仿真与试验结果比较分析 朔黄2万吨重载组合列车编组方式为：1台HXD 1 型机车 + 108辆C80 + 1台HXD 1 型机车 + 108辆C80 + 可控列尾，机辆总数为218辆。 为了验证仿真系统的准确性，本文选取朔黄铁路三汲至灵寿运行区段进行仿真计算，线路坡度变化和相对海拔高度如图4所示。该区间为连续起伏坡道，全长约17.373 km，线路起始位置至260.497 km为上坡道，之后为两段起伏坡道。下坡道最大坡度为−4.0%，长度2400 m；上坡道最大坡度为4.0%，长度1400 m。 图4. 朔黄线路三汲至灵寿256 km~274 km坡度变化/海拔高度 3.1. 速度比较 列车在该段线路上运行的机车操纵指令变化以及仿真与试验速度曲线结果比较如图5、6所示。从图中可以看出，机车运行工况分别有牵引工况，动力制动工况以及电空联合制动工况。三汲站内为连续小坡度上坡，列车初始速度68.0 km/h，保持牵引力320 kN驶出站，出站后257.920 km处有一分相区，过分相前257.497 km处机车牵引力逐渐减小至0，这一段时间列车速度逐渐减小；待主控机车驶过分相后，258.385 km处速度62.1 km/h逐渐增大机车牵引力至200 kN，此时列车处于坡度4.0%长度1400 m的上坡道，从控机车处于分相区暂不提供牵引力，所以在坡道阻力作用下列车始终保持减速运动；259.997 km处从控机车通过分相后逐渐增大牵引力至300 kN，260.398 km之后列车由连续上坡道驶入下坡，261.308 km列车速度减小至49.6 km/h后开始逐渐加速，此时机车牵引力维持300 kN不变，在坡道下滑力和机车牵引力的共同作用下列车速度逐渐增大；为抑制列车增速过快，造车控速困难，263.192 km处缓慢减小牵引力至230 kN，263.745 km列车速度达到65 km/h后增速趋势开始放缓；265.144 km逐渐减小牵引力至0，列车进入一小段惰行模式后速度缓慢增大，之后列车即将行驶至一小段平道后进入两段坡度均为−4.0%长度分别为2400 m和2050 m的长下坡道；267.367 km处逐渐增大电制动力至110 kN，列车速度增大至74.9 km/h后开始逐渐减速，由于坡道下滑力的作用列车减速缓慢，269.502 km处增大电制动力至350 kN控制列车速度；270.663 km处速度71.2 km/h，列车运行至坡度为−4.0%长下坡道尾压593.8 kPa开始实施空气制动，减压50 kPa，由于列车管减压由前向后传递需要一定时间，所以在列车速度缓慢减小一段时间后开始明显减速，270.989 km处在空气制动力和电制动共同作用下，列车速度达到69.9 km/h开始明显减速，排风结束后尾压保持在554.0 kPa；272.210 km处电制动力保持350 kN不变，列车开始缓解。 从图6中可以看出，265.393 km前列车处于牵引工况，速度仅受牵引力与运行阻力影响，266.568 km后，列车处于制动工况，200.568~270.663 km列车仅受机车动力制动力，速度由动力制动力和运行阻力决定；270.663 km开始空气制动，列车不仅受机车动力制动力，还有机车车辆空气制动力影响。从仿真与试验结果对比来看，列车在不同运行工况下，速度吻合很好，关键速度变化点速度变化趋势基本一致，仿真速度与试验速度最大误差出现在267.202 km处为0.8 km/h，误差较小，说明仿真程序运行阻力模型与机车牵引、动力制动力模型准确性较高。 图5. 机车操纵指令与坡道变化 图6. 列车速度变化仿真曲线与试验速度曲线对比 列车在运行过程中空气制动缓解指令变化关键点的速度、制动缓解位置和尾车副风缸压强等关键参数仿真与试验比较结果如表1所示。从制动缓解初速度和尾车副风缸压强看，仿真与试验结果比较吻合，速度误差最大为0.8 km/h，出现在初制动位置点；尾压误差最大为1 kPa，出现在缓解位置点。对比仿真与试验结果，说明仿真程序空气制动模型具有良好的仿真精度。 Table 1 The simulation and test results of the key parameters of the train braking mitigation command point are compare 关键参数 初制动 缓解 试验 仿真 试验 仿真 制动缓解位置点/km 270.363 270.663 272.210 272.210 制动缓解初速/km∙h −1 72.0 71.2 57.0 56.4 尾车副风缸压强/kPa 593.0 593.8 555.0 554.0 表1. 列车制动缓解指令点关键参数仿真与试验结果对比 3.2. 空气制动特性比较 第1、108、216车列车管与制动缸压强变化仿真曲线如图7所示。列车开始空气制动，第1车列车管开始减压，仿真计算中从控机车滞后时间设置为2 s，因此第108车列车管2s后开始减压，由于列车尾部装有可控列尾装置，第216车在3.2 s后开始减压；随着列车管压强下降，制动缸压强在达到平台之后继续呈上升趋势；直到减压结束各车位列车管和制动缸压强不再变化。 图8为各车位空气制动出闸时间仿真与试验曲线比较。本仿真结果中的制动出闸时间是指制动缸勾贝开始伸出的时间。从图中可知，整列车在9 s内均能产生制动作用。列车编组方式为1 + 1 + 可控列尾，在开始空气制动时，由于中部从控机车同时向列车前后排气，则中部第108和109车位制动出闸时间要早于第55和81车位，且出闸时间略慢于第27车位；中部从控机车后部车辆依次制动出闸，尾部第216车位制动出闸时间要比第189车位提前，这是因为列车尾部装有可控列尾，空气制动时可控列尾也同时在排气。仿真系统能很好的反映列车在空气制动时各车位制动出闸变化趋势。 各车位空气制动出闸时间仿真与试验对比及误差如表2所示。对比图7、图8和表2可知，仿真空气制动减压特性与试验很接近；仿真制动出闸时间变化趋势与试验趋势基本一致，各车位对应出闸时间吻合较好，误差最大为0.8 s，仿真系统能够很好模拟朔黄两万吨1 + 1 + 可控列尾组合列车空气制动特性，空气制动模型是准确的。 图7. 仿真第1、108、216车列车管与制动缸压强曲线 图8. 各车位空气制动出闸时间仿真与试验比较 Table 2 Simulation and test results of air brake exit time of each parking space are compare 制动出闸时间/s 车位 1 27 55 81 108 109 135 163 189 216 试验 1.6 3.6 4.9 5.7 3.7 4.3 5.8 7.6 8.8 8.6 仿真 1.7 3.4 5.7 5.8 3.9 3.8 5.3 7.1 8.9 8.7 误差 −0.1 0.2 −0.8 −0.1 −0.2 0.5 0.5 0.5 −0.1 −0.1 表2. 各车位空气制动出闸时间仿真与试验结果对比 3.3. 车钩力比较 根据朔黄2万吨重载列车制动停车试验数据，仿真计算了常用制动停车工况，并与试验结果进行对比。仿真计算停车工况，从控机车制动响应时间为1.6 s，制动初速度为65.7 km/h，机车无动力制动力，空气制动减压80 kPa。最大车钩力、制动距离和制动时间等制动参数仿真与试验结果对比如表3所示。仿真计算中列尾装置滞后时间默认与从控机车响应时间一致。从制动距离、制动时间与最大车钩力数值来看，仿真与试验结果基本吻合，常用制动停车制动距离误差为2.4%，制动时间相差9.0 s，最大车钩力发生位置一致，车钩力值误差为4.4%。 Table 3 Comparison of simulation and test results of common braking and stopping condition 制动参数 常用制动(减压80 kPa) 试验 仿真 制动初速/(km∙h −1 ) 65.7 65.3 制动距离/m 1978 1931 制动时间/s 157.0 176.0 最大车钩力(kN)/车位 −960/107 −918/107 表3. 常用制动停车工况仿真与试验结果对比