随着重载铁路的快速发展,机车车辆轴重和列车总重都在不断增大,引起的纵向冲动问题越来越突出。本文利用TDEAS列车动力学及能量分析仿真器对两台某型30t轴重机车,’1+1’编组牵引2.1万t在蒙华铁路延安东至运城西路段进行了纵向动力学及列车能耗的模拟仿真。再利用SIMPACK软件,结合某型30t轴重机车结构特性、悬挂参数以及轮轨匹配情况建立了详细的30t轴重机车动力学模型,利用具有迟滞特性的缓冲器模型和具有钩尾摩擦特性的车钩模型建立13A型钩缓装置模型,并以子模型方法建立“机车A+机车B+多辆货车”简化重载列车模型。基于该模型和纵向冲动数据,对重载组合列车中部机车渡板变形进行探究,完成了中部机车的横向动力学分析。最后,基于30t轴重机车单编万t和’1+1’编组2.1万t纵向动力学模型,进行了线路关键参数和列车关键参数对重载列车动力学的影响研究。仿真结果表明:1、两台某型30t轴重机车,’1+1’编组,能满足在蒙华铁路上牵引2.1万t进行货物运输的要求。延安东至运城西列车全程平均运行速度58km/h,在6‰长大上坡以大于40km/h的速度运行,-13‰长大下坡可通过多次循环制动通过。运行全程,机车牵引力做功13.17E10焦尔,机车电制动回收能量8.57E10焦尔,优先使用机车电制动可回收蒙华铁路蕴藏的巨大势能。2、在重载列车运行过程中,车钩力最大值均出现在中部机车与货车相连车钩,最大拉钩力和最大压钩力分别为1050kN和1000kN。最大拉钩力常出现在牵引工况,中部机车位于上凸型坡道;最大压钩力常出现在循环制动工况,中部机车位于下凹型坡道。机车车辆纵向加速度最大值发生在第180位车辆,最大值小于3m/s2。若操纵得当,纵向力和机车车辆加速度均在安全范围之内。3、对重载组合列车中部渡板变形进行理论分析和仿真,曲线半径R800m,当最大压钩力大于1200kN时,渡板圆心与车体端点距离的最小值将小于发生碰撞的临界条件250mm,渡板将和车体端部发生碰撞挤压。在持续5s的1200kN的纵向冲动作用下,钩尾摩擦处于较好状态前提下,中部重联机车的横向动力学性能是满足安全要求的。4、通过对不同线路横断面参数和纵断面参数的动力学仿真分析表明:①曲线半径增大对重载列车启动牵引起较小的阻碍影响,对机车电制动起较小的促进影响;②在直线条件下,13A型钩缓装置及机车能满足2250kN的承压能力,随着曲线半径的减小,钩缓装置的承压能力和中部机车运行的安全性能均降低。③重载列车处于同一坡度坡道施加紧急制动或常用制动,重载列车的纵向冲动规律与处于平道时几乎一致;④列车相对于变坡点的初始位置不同引起的纵向冲动是不同的,以单编万t列车为例,列车在超过变坡点大约2/5列车长度实施紧急制动,列车的纵向冲动是最大,最大车钩力为1247kN,是平道基准值820kN的1.52倍,在实际操作中应避免在该变坡点初始位置施加紧急制动;⑤坡度差相同,坡度差构成情况不同,对列车纵向冲动几乎没有影响,而随着坡度差从0增大到24‰,车钩力最大值成近似线性增长,最大值达到平道基准值的2.3倍。5、通过对不同重载列车关键参数的动力学仿真分析表明:①随着牵引质量增大,重载列车的纵向冲动显著增大;②牵引相同质量的重载列车,通过大轴重化更有利于减小列车的纵向冲动;③对比’2+0’、’1+1’和’1+0+1’三种动力分布方式,采用’1+1’动力分布方式带来的列车纵向冲动是最小的;④从车钩间隙效应来看,随着车钩间隙增加,列车纵向冲动增加明显;通过牵引杆在货车编组中的应用,可以显著降低列车纵向冲动,但在重联机车间应用牵引杆,几乎不能减小列车纵向冲动,而且牵引杆及机车直线承压能力差,存在安全隐患;⑤从列车操纵及信号控制来看,牵引力、电制动力施加的越快,列车纵向冲动有小幅增长;适当减小循环制动缓解时的电制动力,可以降低列车纵向冲动;从控机车信号滞后时间越长,列车纵向冲动越大;应用ECP技术,可显著降低列车纵向冲动,缩短紧急制动距离。