重载运输给铁路货物运输效率带来极大提高的同时,主要由拨车机与翻车机组成的大型铁路卸货系统也广泛地应用起来。拨车机将列车准确地牵引定位于翻车机内指定位置以便翻车机进行卸载,这种作业称为列车定位作业。与通常的列车运行过程不同,定位作业过程中列车运动所需的全部牵引力仅由拨车机提供,牵引力的大小决定了列车之间的车钩力以及翻车机的卸载能力,同时还影响拨车机的结构设计、成本和寿命,以及作业安全。列车运行的线路情况、列车重量、车辆缓冲器的力学特性、车钩间隙以及拨车机牵引速度模式等众多因素都可能以复杂的形式影响拨车机的牵引力。另一方面,在定位作业过程中,列车可沿轨道往复运动,列车运行阻力会出现开关效应。这些复杂的因素相互耦合,使定位作业中的大型重载列车成为工程中最复杂的非线性系统之一。传统的列车动力学理论研究通常都是针对列车正常运行作业,已不能解决定位作业过程中的一些突出问题。本文综合考虑了各种主要影响因素,对大型重载列车定位作业过程中的动力学进行了详细研究,主要开展了以下几方面工作：(1)改进了传统列车纵向动力学模型,建立了包含拨车机运动在内的重载列车纵向动力学模型。该模型充分考虑了定位作业过程中拨车机牵引力未知但其运动已知的特点,可适用于任意编组列车在不同类型轨道上的牵引定位作业纵向动力学分析。该模型不仅可以对列车定位作业过程进行一次动力学分析,还可以对拨车机将整个列车牵引定位作业完毕过程中的所有工况进行连续的动力学分析计算。我们研发了相应的动力学分析软件,根据分析计算,其结果符合工程实际。基于分析结果研究了大型重载列车定位作业过程中的基本动力学响应,为后续研究奠定了理论基础。(2)对摩擦式缓冲器的力学模型进行了深入研究,结合接触碰撞的研究成果,提出了一种新的力学模型。该模型中阻尼力是关于缓冲器行程变化率的非线性函数,充分考虑了加卸载之间的锁定效应,使其能更好地模拟摩擦式缓冲器的动态阻抗特性,而且大幅度地缓解数值分析中的困难。(3)以计算列车运行阻力的传统方法为基础,提出了由列车行进线路上样点阻力数值构造全线路阻力曲线的方法。该方法考虑真实货场的轨道状况,将列车基本阻力与附加阻力等效为轨道阻力,能够快速地计算出弯道、坡道和直道任意组合线路上任一点对应的阻力值,并且考虑了由于列车运行方向改变引起的开关效应以及不同类型轨道相连接所带来的列车阻力不连续效应。对于某一复杂的复合型轨道,结合研发软件给出了详细的全线路等效轨道阻力求解过程。(4)综合考虑了线路工况、车钩间隙、缓冲器特性以及拨车机牵引速度模式等影响因素,对大型重载列车定位作业进行了动力学分析,得到了各节车厢之间速度传递规律、车钩状态传递规律、列车长度变化规律、车钩力大小以及拨车机牵引力变化规律。针对以上每个影响因素,利用研发的软件分别分析计算,给出了相应的拨车机运行速度模式,对制定大型重载列车定位作业方案提供了参考依据。(5)以降低拨车机牵引力为目标,对拨车机的牵引速度模式进行了优化。定位作业中的大型重载列车是复杂的非线性系统,各种影响因素使得拨车机的牵引力与制动力不再是牵引速度模式中设计参数的简单光滑函数,对牵引速度模式中的设计参数进行耗时的敏感性分析是极其不便的。鉴于以上原因,我们采用了较为实用的响应面法对拨车机牵引速度模式进行了优化。利用研发的软件,给出了在水平直道上牵引重载列车进行定位作业过程中对拨车机牵引速度模式的优化结果,并找出了最佳的拨车机牵引速度模式。