重载运输是除高速以外,铁路现代化的又一个标志。发展铁路重载运输得到世界上越来越多国家的重视,已被国际上公认为铁路货运发展的方向。20世纪80年代,我国修建了第一条电气化重载铁路—大秦线,在此之后重载运输在我国得到了快速发展。随着重载列车编组的扩大、列车重量增大,长度增加,轴重增大和运营速度的提高,列车运行中的牵引力及制动力加大,制动波传递时间加长,各种与牵引和制动特性相关的安全事故频发,已经严重影响重载列车的安全运行,因而对长大重载列车牵引和制动动力学进行系统的研究,对于确保长大重载列车运输系统的行车安全具有非常重大的意义。而目前对牵引和制动动力学的研究都集中在纵向动力学方面,没有对其垂向和横向动力学的研究,所以很有必要展开对牵引和制动纵向、横向和垂向综合考虑的系统动力学研究,这也正是本文的研究目的。此外,目前列车动力学仿真中普遍采用等波速传播的空气制动特性,没有考虑空气制动的动态制动特性,因而会造成较大的误差。针对传统列车动力学研究中出现的自由度众多,难于计算处理等局限以及动力学仿真中采用等波速制动特性带来的误差,本文运用基于循环变量的模块化建模及数值求解方法结合基于空气流动理论的空气制动仿真系统对重载列车牵引和制动动力学做了较为系统的研究,主要从以下几个方面进行分析：(1)重载列车牵引和制动对动力学影响的基本原理；(2)重载列车在直线、曲线和坡道上牵引、惰行和制动时的动力学性能；(3)分析比较在牵引和制动工况下机车不同组合编组时纵向冲动的差异,确定机车最佳组合方式；(4)分析比较在牵引和制动工况下空重车混合编组时空车编组在不同位置时动力学性能,确定空车最佳编组位置。通过对重载列车牵引和制动系统动力学的全面分析,初步揭示了其与线路、编组和操纵方式之间的相互作用关系,反映了重载列车运行过程中的动态运行行为。