浅谈重载列车轮轨黏着力操控研究

随着重载货运铁路的快速发展,使得重载铁路轮轨间的黏着问题研究有了更高的要求,尤其是速度的不断提高,让轮轨黏着问题变得更加复杂。为减少重载列车在运行中空转、滑行的发生,本文通过对不同状态的轮轨间黏着力状态进行分析,同时结合现场操纵,阐述在重载列车在不同条件下的操控方法,从而预防列车发生空转滑行,确保列车安全平稳运行。1.概述随着货物列车重载化的发展,铁路重载运输货物列车成为我国铁路高速发展的引擎,所谓重载铁路是指(1)轴重达到27吨及以上;(2)牵引重量不低于8000吨;(3)在线路长度不少于150公里的区段上,年运量不少于4000万吨.

铁路重载创新应用助力全球可持续发展——第12届国际重载运输大会综述

综述了第12届国际重载运输大会的情况,介绍了“重载运输2030愿景”和“重载运输可持续”主题内容。分析了世界铁路重载运输发展方向和对我国铁路重载技术的借鉴,并提出了我国现阶段发展重载运输技术的建议。

重载机车风源系统智能控制研究

针对重载机车提速运行过程中空气中不断扬起的粉尘对风源系统中处理的空气的质量提出了更高的要求。当压缩空气中粉尘颗粒浓度高或压缩空气湿度过大时,使得制动设备无法正常工作甚至损坏,给重载机车的平安行车带来安全隐患。该文通过设计一套智能重载机车风源控制系统,通过智能采集、检测风源系统中空气的洁净度与湿度参数,自动去除压缩空气中的粉尘和水,得到高质量的合格压缩空气,使得处理后的空气的湿度与洁净度符合机车制动系统管路的要求,当处理后的空气不符合要求时发出报警信号,提示工作人员进行排故处理,避免了计划维修的盲目性,提升了风源系统的有效运行效率,保障了重载机车的安全运输。

重载铁路双柱式桥墩加固技术优化研究

为探索基于性能提升的桥墩加固优化设计方法,以重载铁路中数量较多的分离式双柱式桥墩为对象,基于数值模拟分析和桥墩加固运营性能试验,开展3种常用方法加固条件下的桥墩静力性能对比分析和动力性能对比试验研究,并进行加固技术优化研究.结果表明,设计荷载作用下,墩身外包加固抑制墩顶水平位移效果较好,而"增大基础和增补桩基"组合加固则能有效减少基底截面应力;运营列车作用下,3种方法加固条件的墩顶横向振幅较加固前均有不同程度降低,但也有部分桥墩受施工等因素影响出现振幅增大的情况.采用优化提出的"增大基础+增补桩基+墩身外包"三重加固法,墩顶横向振幅降低幅度超过50%,能够很好地满足重载铁路双柱式桥墩强化改造需求.

基于运行安全性的某重载铁路既有货车提速可行性分析

为探究某重载铁路列车最高运行速度由80 km/h提高至90 km/h后既有货车的安全性能,评估提速的可行性,综合考虑列车服役条件、车辆及车钩缓冲装置结构,基于多体动力学理论建立多节连挂重载货车动力学仿真分析模型,并采用现场试验数据验证了模型的有效性,进一步通过仿真分析研究C80与C64K货车空车、重车的非线性临界速度,对比分析了C80与C64K货车提速后的动力学性能,探明了转向架关键参数对既有货车运行安全性指标的影响规律。结果表明,C80货车空车、重车的非线性临界速度分别为124,180 km/h,C64K货车空车、重车的非线性临界速度分别为92,112 km/h,C80与C64K货车空车的非线性临界速度较其重车分别下降18%和31%,空车运行时的稳定性较重车更差;当C64K货车以90 km/h的速度运行时,轮重减载率和侧架横向加速度均存在超限现象,而C80货车各指标均未超过限值;C64K货车转向架的一系悬挂导框横向间隙对其轮轨动力学性能影响较小,而C64K货车动力学指标随着一系悬挂导框摩擦系数的减小而增大。

重载机车102型钩缓装置动态模拟方法与动力学性能研究

该研究结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法,并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理,采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元,并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应,提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法;进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型,其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接;通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度,并验证了所建列车动力学模型的正确性;计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明:重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力,危及行车安全;随着车钩最大自由转角的增大,车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势;机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角,但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。

机车充风能力对重载列车缓解性能及车钩力影响研究

机车充气与排气性能是列车制动系统重要指标,目前机车制动系统验收指标仅对排气性能有明确要求,对充气性能无要求。机车供风能力不仅影响重载列车缓解特性和车钩力,而且严重制约重载列车在循环制动中的操纵方法。了解机车充气能力对缓解特性和车钩力的影响规律,以及重载列车安全运行和制动系统设计具有重要意义。通过建立列车空气制动系统仿真模型,分析机车充风能力对重载列车缓解特性和车钩力的影响。分析发现,机车充风能力对列车再充风时间、缓解波传播和车钩力都有明显影响;充风能力越弱,则缓解波传递越慢,车钩力越大。在本文研究范围内,合适的充气能力将比弱充风能力首尾车缓解时间差缩短3 s,最大车钩力降低16.2%。建议机车验收时增加机车充风能力检测,并给出了建议检测标准。针对重载列车充风能力,建议多部门联合系统性开展实验与仿真研究,制订重载列车制动系统检测标准与方法。

重载铁路列控系统应答器布置方法

以重载铁路四显示自动闭塞线路为基础,考虑重载列车长度不固定、机车制动参数差异、机车控制设备切换等因素,研究重载铁路列控系统的应答器布置方法。分别根据区间应答器、出站应答器、连接应答器、预告应答器、执行应答器、注销应答器的不同应用要求,分析应答器布置过程中需满足的技术条件,建立满足重载铁路列控系统的应答器布置模型。与CBTC系统以及CTCS-2/3级列控系统应答器布置方法相比,该模型能够根据自身限制条件给出有效的应答器布置方案,以供设计人员参考。通过开发相关软件,结合准池线路实际工程应用,验证了应答器布置方案的可行性与高效性。

重载铁路桥梁体外预应力筋加固性能研究

运营提载会导致重载铁路桥梁损伤累积和刚度退化加剧,对重载铁路预应力混凝土桥梁进行加固可以改善桥梁的受力状况,提高桥梁承载能力。为了研究重载铁路桥梁体外预应力筋加固的性能,分别制作重载铁路24 m超低高度预应力混凝土梁的未加固足尺试验模型与体外预应力筋加固足尺试验模型,并开展200万次疲劳试验与疲劳后静力试验。建立未加固预应力混凝土梁与体外预应力筋加固预应力混凝土梁的精细化有限元模型,通过试验与有限元分析,研究加固前后重载铁路预应力混凝土梁的静力与疲劳性能,揭示加固前后梁体挠度和应力变化规律,并分析不同轴重列车作用下加固预应力混凝土梁的力学性能。研究结果表明:重载铁路桥梁外加预应力筋的加固效果良好,疲劳试验中加固梁刚度退化幅度、跨中挠度、梁内预应力筋应力、梁底及下翼缘混凝土应力显著比未加固梁的小;在33 t轴重列车与1.2倍中等荷载(ZH)轴重作用下,外加预应力筋加固的24 m超低高度预应力混凝土梁的适应性良好,预应力混凝土梁挠度与应力响应均符合规范要求。研究结果可为重载铁路桥梁的设计、养护、维护与加固提供基础与参考。

某纯电驱动重载车辆能耗预测模型

高精度能耗预测模型是准确预测车辆续驶里程的重要前提。针对载荷大幅度变化且非结构化道路运行的纯电驱动重载车辆,建立其组合能耗模型,该模型由能耗计算基本模型与长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络差值修正两部分组成。基于能量流动过程驱动电机和变速器效率建模,结合汽车行驶动力学建立能耗计算基本模型;采用LSTM神经网络来修正基本模型能耗预测结果与车辆典型工况功率测试值的差值,有效提高了大幅变载荷且低信噪比坡度环境下的车辆能耗预测精度,因此组合能耗模型具有参数简单和模型拟合不需解释能耗规律的优点。经试验测试分析,与VT-Micro能耗模型和径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络能耗模型相比,所提组合能耗模型的功率预测平均误差率分别降低了17.76%和3.35%,能够实现纯电驱动重载车辆复杂工况下能耗的准确实时预测。

基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线钢轨磨耗预测方法

为实现重载铁路小半径曲线段钢轨磨耗量的精准预测,提出一种非等间距灰色模型GM(1,1)与改进粒子群算法(IPSO)优化BP神经网络相结合的钢轨磨耗预测方法。首先,根据积分原理优化GM(1,1)非等间距模型的背景值计算方法,基于改进的模型得到实测磨耗序列的初步预测结果;然后,利用IPSO算法对BP神经网络的权值和阈值进行自动寻优,对GM(1,1)模型初步预测序列的残差进行校正;最后,将优化后的两种模型组合构建基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线地段钢轨磨耗量预测模型。以某重载铁路桥上半径400 m曲线为例,利用长期的磨耗监测数据进行方法的适用性分析,研究结果表明:GM(1,1)-IPSO-BP模型克服了磨耗数据的非线性、随机性特征对计算结果的影响,预测精度优于单独使用GM(1,1)、IPSO-BP模型;背景值优化后的GM(1,1)模型预测准确性更可靠;IPSO优化算法提高了BP神经网络计算的精度和速度;预测结果和实测数据之间的相对误差不大于4%;在预测区间上的绝对误差小于0.4 mm,运用该方法能够较准确地得到钢轨磨耗的发展规律。研究结果可为重载铁路小半径曲线钢轨的精准维修和科学使用提供参考。

基于列车群组运行的重载铁路运输组织研究综述

列车群组运行模式为重载铁路通过加大行车密度解决运能紧张问题提供了新途径。该模式可突破车站接发车、集解编运输组织模式、快捷货运三大瓶颈,实现运输效能、运输组织灵活性及快捷货运时效性的提升。在分析虚拟编组技术的发展历程及技术特征、重载铁路群组运输控制和运输组织研究现状的基础上,从重载铁路群组列车控制理论与方法、列车群组运行条件下运输组织模式适应性、列车群组运行条件下运输组织方法3个方面,系统总结了既有研究存在的问题,提出了该模式从理论走向应用需要进一步研究的关键问题,包括适应复杂运营条件的重载铁路列车群组运行协同控制方法、列车群组运行下高效运输组织模式、列车群组计划与运行图编制智能化理论与技术、列车群组运行智能调整优化理论与技术研究等。

风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动响应的影响

为探究风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动的影响,先通过节段模型风洞试验获取桥上设置0%,20%,40%,60%和无风屏障5种不同透风率风屏障时车桥系统的三分力系数,再根据弹性系统动力学总势能不变原理建立风-车-桥耦合振动仿真计算分析模型,对不同车速下重载货运列车通过设置不同透风率风屏障刚构-连续梁桥开展风-车-桥系统动力学仿真计算与分析研究。结果表明:在列车上桥初期,桥梁横向位移峰值随透风率的增大而明显减小,而当列车运行趋于满布桥梁时,桥梁的横向位移峰值随透风率的增大变化不明显;列车的动力响应峰值随风屏障透风率的增大而增大,相比于满载编组列车,空载和轻重混编编组列车的动力响应对风屏障透风率的变化更加敏感。综合桥梁动力响应和列车走行安全性评价指标(脱轨系数和轮重减载率),该桥梁应设置40%透风率的风屏障。

基于AHP耦合Sigmoid函数的重载铁路黄土边坡风险分析

重载铁路具有大轴重、高密度、大运量的运输特点,黄土边坡路基段一直是重载铁路运营的高风险区段,现有风险评价方法尚无法满足其风险量化分析的需求。利用层次分析法AHP耦合Sigmoid函数的方法,围绕事故发生概率和损失两个方面对重载铁路黄土边坡工程展开风险定量评价。首先以边坡滑塌事故调研和稳定性控制理论为基础,明确黄土边坡的失稳影响因素,建立重载铁路黄土边坡稳定性评价模型和边坡失稳危害性评价模型;然后应用层次分析法建立黄土边坡稳定性评价模型指标权重,并提出各级影响因素的指标赋值方法;而后引入基于朴素贝叶斯理论的Sigmoid函数,构建边坡稳定服役概率、风险判断矩阵和黄土边坡的风险等级确定方法;最后以朔黄铁路某站高陡黄土边坡为工程背景,应用所得理论方法对其进行风险定量分析,计算得出该边坡失稳概率为0.64,造成经济损失约8611万元,隶属于高风险等级,并针对坡体几何特征、渗透能力、基岩特性等低分指标提出了具体的安全性提升措施建议。

港口重载AGV驱动防滑设计

针对港口重载自动导引运输车(AGV)工作中遇到的过度滑转危险,文中提出一种基于最佳滑转率控制的驱动防滑设计。该设计根据港口环境特点建立路面附着特性模型;选用T-S型模糊控制器进行港口路面模糊识别设计,对峰值纵向附着系数及最佳滑转率进行识别,并将识别结果用于最佳滑转率控制中,进而提升港口AGV驱动防滑性能。通过单一路面与对接路面识别试验,验证了港口路面模糊识别器具有准确识别能力。

高速-重载全地形车仿生悬架系统运动学分析

全球自然灾害形势复杂,极端灾害事件呈频发、高发、突发态势。某型高速-重载全地形车作业过程中会产生剧烈振动,传统减振方案存在诸多影响减振效能的潜在因素。从仿生学原理和生物力学机理入手,探究自然界犀牛、袋鼠的生物缓冲特性与全地形车速度快、承载重、冲击强等应用性能之间的内在联系,结合机械原理,研究一套结构紧凑、抗冲击能力强的仿生悬架系统,响应高速-重载全地形车在复杂地形下应急保障工作的需求。结合几何原理建立仿生悬架系统运动学数学模型,求得各输入、输出角位置参数数值算例,并对三维模型展开位置仿真分析,验证数值算例的正确性。在验证其仿真结果与理论计算结果相符的基础上,对相应角速度及角加速度随时间变化的运动轨迹进行运动学分析,验证该机构在运动过程中的平稳性,表明结构设计符合减小冲击和振荡的实际运行需求。运动学数学模型可为后续结构参数优化、确定减振单元性能、进一步实行控制和试验工作提供可靠的数据资料和理论支撑,有助于提高减振系统研究与设计的效率,缩短研发周期,降低研究成本,同时为其他减振系统研究提供有益参考。

亚轨道远程极速重载运输系统总体设计与控制技术研究

近年来,随着运载火箭复用技术的快速发展,基于航天运载技术实现全球点对点极速运输已受到国际航天界的广泛关注。提出了亚轨道远程极速重载运输系统发展设想,综合利用太空高速的超微阻力特征和大气层内升力起飞及滑翔降落的便利,运载能力达到60 t级,具有小时级全球到达能力。结合任务特点与初步技术方案分析了运输系统总体设计与控制技术中的科学挑战与研究方法,并给出了初步结果分析,可为未来远程极速运输系统设计提供参考。

基于群组运行的重载铁路列车运行图优化研究

重载铁路运输主要承担大宗货物运输任务,在保障能源供应和工业生产中发挥着重要作用。随着通信技术的发展,列车群组运行有助于解决既有设施设备导致重载铁路运输能力不足等问题。然而,重载铁路列车群组运行相较于传统模式下的列车运行图,在时间间隔、到发线能力等方面均有差异。通过分析基于群组运行的重载铁路单元列车运输组织特点与开行条件,建立以总旅行时间最小为目标的群组运行的重载铁路单元列车运行图优化模型,设计改进的SPSO粒子群算法进行求解。通过与非群组运行模式下重载铁路列车运行图比较分析,基于群组运行的重载铁路列车运行图中列车的总旅行时间降低2%,总占用时间减少12.5%,实现重载铁路列车高密度编组运行,验证该模型与算法能够显著提高线路的运输能力。

基于增设支撑的重载铁路小跨度梁加固技术

研究目的:小跨度梁是重载铁路运输中的重要组成部分和薄弱环节,其服役性能易受列车轴重的影响,难以满足重载铁路扩能的需求。本文以重载铁路常见12.0 m跨度梁为例,提出一种增设竖向支撑改变结构体系的小跨度梁简易加固方法,并结合数值模拟和实桥试验测试,开展加固参数影响分析和小跨度梁加固前后静动力适应性研究,确定合理加固参数。研究结论:(1)增设支撑加固法基本原理是在小跨度梁原支座两侧增设竖向支撑,通过减小桥梁跨度和改变桥梁体系结构来降低梁体内应力,进而提高桥梁承载能力和使用条件;(2)增设竖向支撑刚度合理取值为原支座刚度的50%,加固距离则以安装在墩帽边缘处为宜,增设支撑纵向宽度需与原支座一致;(3)采用增设支撑加固后,桥梁结构跨中挠度、横向振动加速度和竖向振幅以及支座竖向位移等静动力性能指标改善显著,降幅均达到20%以上,桥梁横向振幅、竖向加速度改善程度略小;(4)本文提出的加固方法可为既有铁路桥梁强化改造及养护维修提供参考和借鉴。

重载铁路钢轨焊接不平顺对道床动力特性的影响

在车轮反复碾压作用下,钢轨接头区域易出现马鞍形不平顺、低塌等缺陷。为分析重载铁路钢轨焊接不平顺对有砟道床动力特性的影响,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算钢轨焊接不平顺影响下的轨枕上动压力;然后采用离散元分析方法,建立有砟轨道结构二维模型,将焊接不平顺影响下的轨枕上动压力作为荷载输入,模拟分析钢轨焊接不平顺对有砟轨道结构道床动力特性的影响。结果表明:钢轨焊接不平顺显著增加了接头两侧轨枕上动压力,且不平顺短波波长越长,影响范围越大,当波长为0.2 m、波深为0.7 mm时,接头两侧轨枕上动压力增加显著,最大值相较于随机不平顺时增加了50.52%;随着焊接不平顺短波波长的减小及波深的增加,道床垂向加速度、摩擦耗能以及累积变形均随之增加;道砟颗粒间最大接触力受焊接不平顺影响较为显著,尤其当短波波深大于0.5 mm时,最大接触力随波深增加而显著增大;当短波波长为0.1 m、波深为0.7 mm时,相较于随机不平顺,道床应力增加55.89%,距道床顶面0.15 m深度处的道砟颗粒加速度增加了449.42%。