神华铁路动态货物列车开行方案编制优化研究

重载铁路作为我国大型战略物资的重要运输通道,其货物流向及列车径路较为简单。货物列车开行方案既是货物运输组织的重要计划,也是影响货主装运需求与货运到达时限的关键。以神华铁路为研究对象,以重车作业时间与空车延误时间最小化为目标,构建神华铁路动态开行方案编制优化模型,并设计两阶段遗传-禁忌搜索算法的求解策略。最后以包神南线与神朔线作为实例验证,优化后总目标函数值为30010min,其中重车运输作业时间30010min,空车延误时间0min。实现了重空车的合理接续,最大化的保障了货主运输需求,证明了上述模型与算法的有效性。

基于有限时空域的铁路运行图货物列车运行线铺画方法研究

目前我国部分普速铁路干线仍然存在客货列车争能现象,为此铁路部门时常采用“调客增货”的方式以满足部分时段货物运输需求。但由于普速铁路列车运行图编制时,货物列车运行线的铺画优先级往往低于旅客列车,缺少旅客列车停开后的货物列车运行线自动分析和编制方法,导致货运市场与运行图编制无法适配。为此,将普速铁路旅客列车停开后的货物列车运行线铺画问题转化为动态规划问题,从运行线的函数特征、车站间隔时间和货物列车运行线铺画区域3个方面阐述模型原理,构建基于双计算周期的动态规划模型,并以京广铁路平南至邯郸南一场区段为例对模型进行了有效性验证。结果表明,该方法能有效求解有限时空域内的货物列车运行线连续铺画问题,对提高普速铁路通过能力利用率、优化普速铁路客货列车结构具有理论与实际意义。

货物列车制动关门车编挂问题研究

为保证列车运行安全及列车制动系统具有良好的制动作用,TG/01-2014《铁路技术管理规程(普速铁路部分)》对制动关门车在列车中的编挂位置作出了规定。当货物列车中车辆突发制动故障导致关门时,可能需临时调整列车编组,加大了运用现场的工作量,严重干扰运输秩序,影响运输效率。对关门车编挂位置规定的历史背景进行溯源,分析货物列车不起紧急制动的原因,对比机车车辆制动机的技术性能,通过试验研究和理论分析,提出了货物列车制动关门车编挂位置规定的修订建议。

基于功耗分析的货物列车节能运行控制方法研究

由于机车牵引能耗的巨额经济成本和气体排放引起的污染问题,列车节能运行控制与研究日益重要.本文根据机车牵引力做功与能量转换方程分析了列车运行能耗的主要作用形态,即克服列车运行阻力和调速制动导致的动能损失.基于对运行阻力功和制动动能损失的考虑,从理论分析及仿真计算的角度,探讨了调速制动前的惰行距离和途中运行速度均衡性对列车运行能耗的影响.案例分析表明:在运行时分相近的要求下,通过避免不必要的制动调速和增加停站制动前的惰行距离,可降低运行能耗9%;通过设置合理的目标速度上下限保持列车运行速度均衡性,可降低运行能耗6.8%.

横风作用下货物列车通过大跨度铁路斜拉桥的走行安全性研究

根据弹性系统动力学总势能不变的原理,以轨道不平顺作为自激励、风荷载作为外部激励,建立考虑风荷载作用的车—桥系统耦合振动方程,对横风作用下满载和空载2种运营工况下货物列车通过大跨度铁路斜拉桥时的走行安全性进行研究。结果表明:在桥面风速为25m·s-1情况下,当车速低于100km·h-1时满载货物列车的脱轨系数和轮重减载率均未超标,而车速高于40km·h-1时空载货物列车的脱轨系数和轮重减载率均超标;相对于满载工况,空载工况下桥梁与列车的动力响应受车速和桥面风速的影响较大,而受列车在桥面迎、背风位置的影响较小;在横风作用下,货物列车通过大跨度铁路斜拉桥时,空载工况的车辆响应明显大于满载工况,因此货物列车以空载状态通过大跨度铁路斜拉桥时应根据桥面风速合理降低车速。

有砟及无砟轨道结构对货物列车运行安全性的影响

基于列车-有砟及无砟轨道系统空间振动计算模型,采用列车脱轨能量随机分析方法,分别计算货物列车在有砟、无砟轨道上的脱轨全过程,得出2种车轨系统横向振动极限抗力作功及其动力响应,分析货物列车的运行安全性、2种车轨系统的空间振动特性。研究结果表明:与有砟轨道相比,无砟轨道的抗脱轨能力最大可提高45.9%,车速为90 km/h时无砟轨道上车体竖向Sperling平稳性指标、轮对横向力、轮轨竖向力分别减小73.5%,22.1%和27.3%;无砟轨道各部件横向位移、加速度均小于有砟轨道相应值,而钢轨竖向位移大于有砟轨道相应值,但由于无砟轨道竖向位移主要由扣件承担,导致钢轨传至道床板的竖向位移衰减75.3%;无砟轨道各部件竖向加速度均大于有砟轨道相应值,产生的振动、噪声对周围建筑影响更大。建议在重载铁路新线设计中优先采用无砟轨道,但应采取减振降噪措施。

铁路调度区域内货物列车出发计划动态全局优化

为实现调度区域内货物列车出发计划的全局最优,提出1种基于车流不确定性的动态优化方法。影响货物列车出发计划的不确定性因素主要有事故、晚点、扣修等,将其中不确定性因素进行量化处理,并当作随机变量。以调度区域内货车中转停留时间最小为目标函数,以网络车流平衡、节点车流守恒、满轴限制、运到期限作为基本约束条件,以计划兑现率要求作为动态约束条件,建立制定列车出发计划的动态优化模型。利用确定性等价类将模型转化为确定性线性规划模型,采用编制的线性规划软件求解。通过算例证明该方法可以得到优化结果。分析计算结果可知:车流的不确定性会导致中时增大;计划兑现率要求越高,计划最后的执行指标就越差;考虑运到期限要求,会导致中时增大。

货物列车编组对列车-桥梁系统空间振动的影响

基于列车、桥梁空间振动分析模型,利用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了列车-桥梁系统空间振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。研究了5种不同货物列车编组对列车-桥梁系统空间振动响应的影响,得出了一些符合物理概念的桥梁振动响应时程曲线。研究结果表明:机车、车辆轴重是影响桥梁竖向振动位移的主因;空载货车作用下的车桥系统横向振动响应比重车的要大;全列空车编组及空重混编是影响列车-桥梁系统横向振动响应的不利编组,而全列空车编组更为不利;在进行桥上货物列车脱轨分析时,宜采用全列空车编组;通过改善列车编组的方法可以提高列车-桥梁系统振动性能。

直线货物列车脱轨过程计算

首先指出了国内外脱轨研究中存在的主要问题。提出列车脱轨能量随机分析方法。运用列车 -轨道时变系统空间振动分析理论及此种能量随机分析方法 ,对直线货物列车脱轨过程进行了计算 ,计算结果与实际线路工况下货物列车脱轨试验结果吻合。

洪涝灾害引起的货物列车脱轨全过程分析

基于列车-轨道系统空间振动分析理论,考虑洪涝灾害的影响,建立洪涝灾害条件下列车-轨道系统空间振动分析模型。根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立此系统空间振动矩阵方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,提出洪涝灾害条件下列车脱轨全过程计算方法,分别对该条件下直线和曲线路段列车脱轨全过程进行计算和分析。研究结果表明:洪涝灾害引起的货物列车在直线和曲线路段脱轨时转向架摇头角分别为0.20°和0.27°,转向架与钢轨之间的横向相对位移分别为52.8 mm和48.1 mm,相比直线路段,列车在曲线路段更易脱轨。这些研究结果可为研发机械式的列车脱轨报警器提供重要的理论依据和技术参数,进而确保该报警器能在列车脱轨时立即发出报警,使列车及时停车。

重载铁路轨道刚度对货物列车抗脱轨安全度的影响

为确定具有预防货物列车脱轨功能的轨道刚度合理值,基于列车轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析方法,提出了货物列车-轨道(FTT)系统横向振动稳定性分析方法,分析多组扣件及道床横向刚度组合下FTT系统抗脱轨能力、FTT系统横向振动稳定性及其振动响应的影响.结果表明:FTT系统抗脱轨能力、临界车速及容许极限车速随着扣件及道床横向刚度的增大均有大幅度提高,但当扣件和道床横向刚度分别增大至90和10 MN/m时,其提高幅度逐渐减小,且当扣件和道床横向刚度分别由120 MN/m增至150 MN/m、15 MN/m增至20 M N/m时FTT系统抗脱轨能力、临界车速及容许极限车速仅提高了3.9%,1.8%和1.8%;另外,增大扣件和道床横向刚度有助于减小轨道横向位移.考虑日趋紧张的重载铁路市场竞争,建议扣件横向刚度取90~120 MN/m,道床横向刚度取10~15 MN/m.

货物列车运行引起的大地振动及其对精密仪器的影响

利用有限元法,建立轨道-桥梁及桥墩-基础-大地计算模型,计算货车在不同运行速度下引起的大地振动响应,得出振动加速度、速度及位移沿距离的衰减规律,分析铁路环境振动对铁路沿线厂房内精密仪器的影响。研究表明:货物列车速度对振动响应的影响较大,速度越高,地面上相同位置上的振动响应越大;振动加速度、速度和位移沿距离的衰减特性基本一致,呈现指数曲线的衰减规律;两货车以120,100和80 km/h的速度在精密仪器厂房附近交会时,光谱仪的加速度、速度及位移的预测值满足仪器振动限值要求,制芯机的加速度预测值满足仪器的限值要求。

快捷货物列车开行方案多目标优化模型及算法

快捷货物列车开行方案是铁路快捷货物运输组织的基础,也是服务货主的重要体现.本文综合考虑货主的需求及铁路的生产,以运送最多的货物需求量及最小化货主支出运输成本为目标,构建快捷货物列车开行方案的多目标优化模型,实现货流OD在可选走行路径上列车内的分配;在建模时,将列车的编成辆数设定为可以在一个范围内灵活取值的决策变量,从而更符合快捷货物列车的特性;根据模型特点,设计了有偏好信息的遗传算法进行求解;最后,通过一个算例验证了模型和算法的可行性.研究结果表明,所提出的方法对铁路快捷货物运输组织具有一定的借鉴意义.

重载铁路桥上货物列车脱轨预防措施

针对重载铁路常见桥梁结构特点,建立货物列车-轨道-桥梁系统(简称"FTTB系统")空间振动计算模型;按照列车脱轨能量随机分析理论,提出重载铁路FTTB系统横向振动稳定性分析方法。通过算例,计算圆形墩加固前、后FTTB系统横向振动稳定性及其振动响应。研究结果表明:算例中圆形墩加固后FTTB系统抗脱轨能力可提高50%;圆形墩加固前、后FTTB系统横向振动失稳临界车速分别为134.45 km/h和156.99 km/h,容许极限车速分别为107.56 km/h和125.59 km/h;圆形墩加固后货物列车以80 km/h车速过桥时平稳性有保证;与加固前相比,桥梁跨中和墩顶横向位移分别减小54.5%和83.8%。该分析方法能够同时反映货物列车脱轨信息和FTTB系统空间振动特性,可为桥上货物列车脱轨预防措施提供更加全面、科学的评价。

编组站货物列车定点集结模式下发车时刻表的编制

在编组站货物列车定点集结模式下,车列集结结束、安排不同列车出发属于周期事件安排问题。根据周期事件安排问题(PESP)理论,充分考虑车站作业能力及区间能力约束,将各列车发车时间点及相互间的周期约束用周期约束图表示。根据实际生产需求,以有利于机车周转、尽可能均衡分配发车时间点为目标函数,建立货车定点发车时刻表模型。选择合适的周期约束图生成树,根据PESP有解的充分必要条件,设计求解该模型的遗传算法。以丰台西编组站京广方向车流为例,利用建立的模型和遗传算法进行求解。计算结果表明:选择合适的生成树构建基本圈组,有利于降低模型求解的复杂程度;通过加入有可行解的充分必要条件,能够有效减少模型的求解时间;可以得到货物列车定点出发时刻表、平均集结车小时和出发列车平均编成辆数。

大规模货物列车运行图优化编制的一种拉格朗日松弛启发式算法

针对货物列车运行图优化编制规模庞大、精确求解困难的问题,构造时空网络将列车运行线铺画描述为路径求解问题,将各类约束转化为时空网络节点选择限制,建立整数规划模型。该问题本质在于疏解各列车运行线潜在冲突。对原模型进行拉格朗日松弛,将列车运行线潜在冲突表示为各节点罚数,设计启发式算法并通过拉格朗日乘子更新迭代求解。以京九线北京西至阜阳区段为例,对该区段711条运行线中的439条货物列车运行线进行了优化编制实验。结果表明,在满足运行线铺画条数的前提下,全图货物列车平均旅行速度由39.28 km/h提升至41.81~43.72 km/h,所提出的算法是解决大规模列车运行图编制的一种有效算法。

基于货物列车抗脱轨安全度的重载铁路轨道结构强化措施评价

根据重载铁路货物列车?轨道系统(FTT系统)横向振动稳定性分析方法,提出基于货物列车抗脱轨安全度的重载铁路轨道结构强化措施评价方法,分析并量化提高钢轨等级、采用III型轨枕、强化扣件及道床等轨道强化措施对货物列车抗脱轨安全度的影响。研究结果表明:与提高钢轨等级相比,采用III型轨枕对列车抗脱轨能力、临界车速及容许极限车速的影响更大;强化扣件或道床均可大幅度提高列车抗脱轨能力、临界车速及容许极限车速,但当扣件和道床的横向刚度分别大于120 MN/m和15 MN/m时,货物列车抗脱轨安全度提升幅度较小;上述轨道强化措施均能改善行车平稳性,但强化道床对行车平稳性影响较小。轨道强化措施具有提高货物列车抗脱轨安全度的功能,且本文提出的评价方法能够反映列车抗脱轨信息,可为轨道强化措施的评价和制定提供参考。

货物列车编组计划网络模型的建立及算法

阐述了货物列车编组计划编制的复杂性。车流径路和编组方案统一起来进行优化 ,会得到更加精确和合理的结果。将货物列车编组计划问题转变为网络计算问题来处理 ,给出了数学模型 ,其目标是使铁路范围内的车流总费用最小 ,并且探讨了该模型的算法。

货物列车紧急制动距离延长对通过能力的影响

120 km/h货物列车紧急制动距离从1400 m延长到1600 m,相应的常用制动距离也要延长,这涉及信号机布置、列车操纵、车轮踏面损伤、对通过能力影响等许多方面,是一个十分重要的技术问题。本文首先检算了120 km/h货物列车不同条件下的紧急制动距离和常用制动距离,根据制动距离确定闭塞分区长度,根据闭塞分区长度采用牵引计算的方法确定追踪列车间隔时间,从而判定紧急制动距离延长对追踪间隔时间的影响。同时,还采用牵引计算的方式确定紧急制动距离延长前后的列车停车附加时分,计算停车附加时分延长对通过能力的影响程度。认为120 km/h货物列车紧急制动距离放宽到1600 m后,闭塞分区计算长度要增加70 m,这对新线信号机布置有重要影响,既有线不满足要求的,需要限速,或者改造。同时还造成货物列车90 km/h初速时紧急制动距离超过800 m,新车和既有货车的制动率不一致,当新旧车混编时会加剧列车纵向冲动。因此建议对《铁路技术管理规程》这一条款的修订应慎重。

货物列车充风过程中空气流量变化的试验研究

在货物列车制动系统充风过程中,列车管空气流量的变化可分为节流充风、稳态充风和漏泄补风(充满风)3个阶段。基于流体力学的理论,利用高精度气体流量计构成的数据采集系统,测量货物列车不同编组辆数、不同减压量条件下充风时列车管空气流量的变化过程。结果表明:根据机车上检测到的列车管空气流量可以准确判断出折角塞门的关闭位置,而依据列车管空气压力变化和充风时间则很难做到这一点;由于各车连接的制动软管的空气漏泄量各不相同,且空气漏泄流量又非常小,因此很难根据空气漏泄流量检测并判断列车的编组辆数。建议在机车上广泛安装使用由气体流量计构成的列车管空气流量智能检测装置。