面向安全高效运行的重载列车智能操控关键技术

面向我国重载铁路自动化和智能化发展以及重载铁路运输需求持续增长对既有列车运行控制带来的严峻挑战,文章围绕重载列车智能操控关键技术展开了研究现状介绍,并分析了目前亟待解决的难题与未来发展趋势。首先,针对列车纵向动力学建模,已有研究多考虑单一环境、固定工况下机理建模及分析,难以精确表征列车运行过程中的内、外部参数时空渐变特性,因此,在已有机理模型基础上考虑未建模动态,并进行降阶等效是未来一个重要研究方向。其次,长编组列车车辆间非线性强耦合特性、空气制动特性对列车运行过程中纵向冲动的影响依旧为重载列车操纵优化带来了巨大的挑战,借鉴高速列车多车协同控制技术,研究考虑主动抑制纵向冲动的重载列车多机车分布式协同控制具有重要意义。最后,结合数据驱动与人工智能算法、多源信息融合等新兴技术分析了列车控制领域一些新的机遇,而耦合仿真平台与评估体系的搭建也将成为重载列车安全运行分析、评估与优化的一种有效途径。

2万t重载列车车辆数量对纵向冲动的影响研究

文章根据纵向动力学理论,建立2万t重载列车纵向动力学仿真模型,研究车辆数量对列车纵向冲动的影响,给出长、短编组混编建议。同时,基于同步减少前后部车辆数量、仅减少前部车辆数量与仅减少后部车辆数量等3种情况(后2种情况可视为长、短编组混编),计算列车空气制动延时、缓解延时和循环制动工况下的最大车钩力。结果表明:对于“1+1+可控列尾”编组形式的2万t重载列车,同步减少前后部车辆数量可有效降低列车缓解过程中的缓解延时和最大车钩力;当仅减少前部列车车辆数量时,最大缓解延时变化较小,无法有效降低纵向冲动;而减少后部列车车辆数量可有效降低最大缓解延时,对减小纵向冲动具有十分显著的效果,对重载列车编组优化有一定指导意义。因此,对于长、短编组混编情况,将短编组编至长编组后可有效降低列车运行的纵向冲动。

车轮打滑对2万吨重载列车纵向冲动影响分析

针对低黏着接触条件下车轮滑行所引起的列车纵向冲动问题,文章建立了“1+1”编组2万吨重载列车-轨道垂纵耦合动力学模型,对比分析电制动工况下不同轮轨接触状态对2万吨列车纵向冲动的影响,分别计算了车轮发生滑行位置和电制动力载荷大小对纵向冲动的影响规律。结果表明,在电制动运行工况下,当列车施加100%电制动力时,列车在湿润、油污和冰雪接触条件下均检测到了车轮滑行,在25%~75%电制动工况下列车仅在冰雪接触条件下检测到了车轮滑行;车轮滑行导致了车钩力的波动,特别是中部机车发生车轮滑行时会引起其前、中、后部车钩力较大幅度波动,并增大中部机车前部车辆压钩力,严重影响列车的平稳运行;随着制动力的降低,低黏着接触状态下的车轮滑行对最大车钩力的影响明显减小。

神朔铁路万吨重载列车涌动有限集预测控制研究

神朔铁路是我国重要的重载货运线路,重载列车运行环境恶劣,操纵困难,列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题,文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征,搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型,通过仿真分析了重载列车无涌动和有涌动时的运行状态,针对重载列车的涌动问题提出了一种有限集预测控制方法,仿真验证了该预测控制能够减小列车涌动时的速度波动和最大车钩力。

重载列车制动停车时列车管减压量影响分析

针对重载列车停车后出现的车辆制动机异常缓解现象,文章基于故障时机车制动机数据及车辆制动机工作原理进行原因分析,详细介绍了单机不补风/补风模式模拟试验,以及车辆制动机副风缸泄漏模拟试验情况,指出了列车管减压量对车辆制动机的影响,并根据试验结果提出重载列车停车时控制列车管减压量小于120 kPa的操作建议。

动力制动操纵对中部机车脱钩影响分析

针对2万吨重载列车中部机车车钩脱钩问题进行了数值仿真计算,重点分析了动力制动条件发生改变对脱钩产生的影响。仿真计算结果表明,脱钩在关键线路节点位置发生的概率较高,通过改变动力制动大小可以在一定程度上降低钩头间垂向位移错动量,降低脱钩的发生风险;改变动力制动操纵时机,尽可能避开关键线路节点位置处实施动力制动,可有效降低中部机车脱钩风险。

考虑制动性能差异的重载列车模式化操纵方法

重载列车在长大下坡道循环制动时,空气制动的性能差异较大、列车纵向冲动较大,偶发断钩事故,给机车乘务员操作造成极大困难。以LKJ2000机车运行监控装置记录的朔黄铁路数据和相关线路条件为基础,建立重载列车牵引计算模型,对不同制动性能的列车提出相应的优化操作方案。采用理论分析与现场运用需求相结合的研究方法,分析重载列车长大下坡线路操作规程,并基于重载列车空气制动线路的试验数据模型,以50 kPa减压量下的空气制动性能为基准,计算不同制动速度下的空气制动等效效率;以具体案例为对象,分析不同操作方案对列车运行速度曲线变化的影响规律,并在此基础上,以列车安全运行、避免停缓为目标,根据制动时的速度变化判断空气制动效率,对列车操作控制策略进行优化。经过大量仿真计算和数据分析,提出“北大牛—原平南”区间不同空气制动操作方案的判断条件,并制定相应的优化操作示意图,为重载列车安全高效地运行提供理论支撑。

重载列车平稳运行的空电联合制动匹配控制

重载列车在连续长大下坡道运行时需进行循环制动,导致司机驾驶困难,对列车安全平稳运行造成了极大的影响。为此,文章考虑空气制动力发挥动态过程,以列车运行环境和车辆机械特性为约束,建立重载列车多目标优化操纵模型,并采用二次规划算法进行求解。针对空气制动模型难以线性近似化,利用模式化速度曲线的主体特征一致性,将空气制动力作为一类列车已知控制力引入优化模型,实现空电制动控制在时间与空间上的解耦,并设计迭代算法解决了空气制动力与优化速度曲线的适配问题。最后将重载列车长大下坡道操纵准则量化为具体约束参数加入到模型中进行仿真,并与重载列车实际运行数据进行对比,结果表明,该算法能够有效减小车钩力,实现列车安全平稳运行。

基于强化学习的重载组合列车长大下坡操纵优化研究

针对2万t重载组合列车在长大下坡区段列车纵向冲动大,以及连续循环空气制动操纵困难的问题,文章基于数据驱动算法,设计了一种适用于长编组重载组合列车的长大下坡区段操纵优化方法。该方法考虑了不同列车间、同一列车不同制动系统状态间空气制动特性的差异,利用神经网络对列车在不同操作状态下的空气制动性能变化规律进行学习,得到空气制动力预测模型;而后基于强化学习设计重载组合列车操纵优化算法,以速度跟随性为目标建立奖励函数,考虑列车牵引/电制动特性、列车管制动及缓解时间、限速、运行平稳性等约束条件,应用强化学习方法开展重载组合列车长大下坡操纵策略优化。基于实车数据验证空气制动仿真模型与操纵优化算法的可行性与合理性。结果表明,文章建立的空气制动力预测模型对列车运行中空气制动系统性能具有良好的预测作用,优化操纵控制策略相较于司机驾驶能够有效地减小列车运行中的纵向冲动与最大车钩力,保障列车运行安全。

无线重联系统通信状态对重载列车影响及操纵研究

当无线重联系统发生通信延时和通信中断时,列车制动和缓解性能会受到严重影响,威胁行车安全。针对神朔铁路新开行的2台神12交流机车牵引132辆C64的万t重载组合列车,文章采用基于空气流动理论和多刚体动力学的仿真方法,系统分析了在通信延时和通信中断的情况下列车的制动缓解特性、制动性能和车钩力水平,并研究了通信中断时的操纵办法。结果表明,随着通信延时的增加,列车管排风时间、再充风时间、车钩力、制动距离增加,列车制动和缓解的同步性下降。从从控机车对列车制动/缓解同步性的提升程度,以及循环制动时列车运行安全性的角度出发,通信延时应小于6 s。当通信中断时,列车管排风和再充风时间增加,制动波和缓解波仅由主控机车向后传播,制动和缓解同步性下降,加之从控机车未施加电制动力,导致通信中断的列车在缓解时的拉钩力显著增加,其最大拉钩力增加了93.9%。通信中断的列车采取先减压50 kPa,再追加减压至目标值的制动方法,产生的最大压钩力相较于一次性减压至目标值的操纵方法显著降低;当目标减压量为60~100 kPa时,追加减压的操纵方法相较于一次性减压的操纵方法优势更为明显,并且产生的最大压钩力小于900 kN。

重载铁路闭塞分区长度设计分析研究

重载铁路自动闭塞分区长度设置是线路设计的重要环节,直接影响着列车运行安全和运输效率。为了研究重载铁路闭塞分区长度与列车限速、列车编组、线路坡度之间匹配关系,基于列车牵引计算理论,建立重载铁路闭塞分区长度计算方法,计算获得不同列车限速、列车编组及线路坡度下闭塞分区设计长度。结果表明:列车限速越高、线路坡度越陡,自动闭塞分区的设计长度越长;采用组合列车方式可缩短闭塞分区设计长度;本文研究成果有效提升了闭塞分区设计精度,为既有线重载长编组列车开行及重载铁路新线设计提供理论支撑和技术参考。

20000 t重载列车LTE无线同步控制系统脱网故障原因分析及改进措施

该文对朔黄铁路20 000 t重载列车LTE无线同步控制系统的脱网原因进行分析,并有针对性地提出技术改进及应急处置措施,大大减少LTE同步控制系统脱网故障对运输生产的干扰。

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性，根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和车钩的几何关系，推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法．以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例，通过改变列车的牵引重最、编组方式和制动方式，不断加大作用于机车的纵向力，实测被试机车的脱轨系数、轮酉减载率和轮轴横向力等安全性参数，试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响．结果表明：在压钩力作用下，机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大；车钩最大自由摆角增大，机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加，考虑工程误差，车钩最大自由摆角应为2．5°～3．5°．

重载列车运输安全问题分析

重载运输自问世以来,因其具有显著的经济效益而在世界许多国家得到重视并迅速发展,重载运输已被国际公认为铁路货运发展的方向。伴随着列车牵引重量的不断增加,列车开行方式也随之变化,由最初的5 0 0 0吨级提高到1万吨、2万吨级列车。由于列车编组增加,轴重和牵引重量提高,重载列车运输安全问题也逐渐突显出来,车辆断钩、制动失灵、线路桥梁轨道结构破坏失效等问题不断发生,成为制约重载列车运输发展的关键。笔者认为,解决重载运输中存在的安全问题,要重点做到以下几点:解决多台联挂机车同步制动操纵问题,避免发生断钩和列车放;加强轨道结构养护维修,提高轨道框架强度和刚度;加强安全检测监控体系建设。

30t轴重货车车轮热应力分析

热损伤是重载货车车轮失效的主要原因之一。分析了30t轴重货车不同轮径的车轮在紧急制动工况下的温度场和热应力场,通过分析比较,得出30t轴重货车车轮直径的建议值。

繁忙干线开行重载列车的仿真研究

根据在繁忙干线普遍开行重载列车的迫切需要，应用列车纵向动力学理论，针对繁忙干线线路条件和机车车辆装备现况，对５０００ｔ级重载列车的操纵运行进行了计算机仿真研究，分析计算结果和试验验证情况，并提出对繁忙干线开行重载列车的有关建议。

路网编组站间重载列车去向优化分布模型

主要从整个路网车流接续优化及压缩车辆集结滞留时间的角度，确定编组站之间优先开行的重载直达、直通去向。在每个直达去向分别只有一种牵引定数的约定条件下，首次构造出了重载与非重载去向的合理分布模型。其数学形式为多目标非线性０－１规划问题。模型中引进了３类变量：重载去向方案变量、非重载直达去向方案变量和车流接续方案变量，从而使重载与非重载的直达去向优化协同起来。

德国铁路运营管理实践经验的探讨

在概述德国铁路运营管理的基础上,分析德国铁路运营采取放松价格管制、短途客运补贴、多种票价优惠、购票渠道便利、运输产品多样化和境外市场拓展等主要措施,德国铁路财务情况持续好转,客货运量、客货周转量稳步上升,为我国铁路推进现代企业制度建设、提高经营效益提供借鉴和参考。

重载列车发生坡停的原因及对策

针对重载列车在高坡区段发生坡停的问题,分析坡停现象发生的原因,以及列车发生坡停的危害,并从完善重载列车的操纵办法、提高列车操纵技能、稳定设备质量和提高调度指挥水平等方面,提出防止列车坡停的具体对策措施。

100t重载货车车体结构选型及参数研究

本文论述了在我国发展重载货车的必要性，提出开发重载货车应以充分利用线路及桥梁的承载能力、提高线路每延米载重为设计基本原则。在此基础上，提出了三种浴盆式重载货车车体的结构方案，经过理论分析、比较和有限元计算后，认为开发我国重载专用运煤敞车车体应以低自重系数、低重心、大容量的浴盆式车体为主要车型。