基于神经网络的自动空气制动系统仿真研究

通过分析空气制动试验数据研究10 000 t重载列车空气制动系统的空气传递特性,提取影响空气制动系统关键部件(列车管、副风缸和制动缸)的神经网络特征,建立一种基于神经网络的自动空气制动系统仿真模型。将模型作为制动激励输入纵向动力学模型,并将纵向动力学模型的预测结果与浩吉西峡东站—襄州北站铁路10 000 t重载列车的实际运行结果进行对比验证。研究结果表明:10 000 t重载列车的制动和缓解信号从机车向远端车辆传递,随着传递距离增加,传递速度几乎不变,但传递强度有所衰减;基于神经网络的制动系统仿真模型能预测10 000 t重载列车常用制动减压50 kPa工况的列车管、副风缸和制动缸风压变化,预测精度高达99.9%,在相同计算步长下,计算效率较传统的流体力学仿真模型提升了2 938倍,具有广阔的工程应用前景。

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。

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。

朔黄铁路重载列车电控空气制动试验研究

重载列车的制动技术是重载运输发展的关键。针对国内朔黄铁路,对重载列车电控空气制动系统进行试验研究,比较分析有无电控空气制动系统作用下列车制动系统的性能指标。实验结果显示:电控空气制动系统性能指标达到设计要求,在缓解车钩作用力、同步列车管及制动缸压力和缩短制动距离等方面具有明显的优势,该电控空气制动系统能够保证重载长、大列车运行的安全性。

重载列车运行过程的建模与RBFNN滑模控制

【目的】为解决重载列车在复杂线路条件下难以实现高精度轨迹跟踪控制的问题,提出了一种重载列车多质点模型和径向基函数神经网络滑模控制(RBFNNSMC)方法。【方法】首先,考虑空气制动和钩缓装置约束,建立重载列车多质点模型,并对人为测量误差和车辆参数差异等导致的模型不确定性问题,利用RBFNN对其进行估计。其次,设计一种非线性干扰观测器(NDO)对列车运行中受强风、雨雪等外界快时变干扰进行实时估计。然后,设计Lyapunov函数对整个系统进行稳定性证明。【结果】基于大秦线的实际线路数据,进行RBFNNSMC方法、PID方法和SMC方法的速度跟踪对比实验。仿真结果表明,RBFNNSMC方法的速度误差在±0.15 km/h以内,优于其他两种方法。加入NDO后,RBFNNSMC方法的抗干扰能力也更强。【结论】基于NDO的RBFNNSMC方法的跟踪精度相较于SMC方法在无干扰和受干扰情况下分别提升27.3%和28.9%,鲁棒性有所提升。

编组方式对3万吨重载列车循环制动工况纵向冲动的影响

为研究3万吨重载列车合理的编组方式,文章基于纵向动力学与气体流动理论,建立3万吨重载列车纵向动力学模型,利用该模型分析不同编组方式列车空气制动系统传递特性;在此基础上,选取3种典型运行线路,仿真分析不同编组方式列车循环制动工况下的纵向冲动。结果表明:列车长度会影响列车空气制动系统同步性能,尾部添加机车可以有效提升制动同步性,相较于传统尾部列尾装置,缓解延迟时间减少约58.8%;纵向冲动由列车制动不同步性及坡道差共同作用产生,列车循环制动通过V型坡时,坡度差不应超过10.5‰;“八轴机车+108辆C80+八轴机车+108辆C80+八轴机车+108辆C80+八轴机车”的编组方式在各线路条件下纵向冲动均保持较低水平,可为后续3万吨重载列车试验及常态化运营的编组选择提供参考。

重载组合列车空电联合制动施加时机匹配策略研究

重载列车在长大下坡道运行时需采用空气制动和机车电制动配合使用的空电联合制动模式,以保证列车有足够大的制动力,从而避免加速过快。因重载列车质量大,且该制动方式有可能造成车钩力叠加,导致产生更大的纵向冲动,严重时会威胁列车运行安全。加之重载组合列车为分布动力模式,从控机车作为空气制动信号传播源和动力制动源之一,导致其相较单编列车受力更为复杂。文章基于空气流动理论和多刚体动力学原理,建立了万t和2万t重载组合列车仿真模型,分析了空电联合制动施加时机匹配策略对纵向冲动的影响,并提出了可减小纵向冲动的施加策略。结果表明,通过调整空气制动和电制动的配合施加时机,可避免空气制动以及电制动产生的压钩力峰值叠加,或使空气制动产生的拉钩力抵消电制动产生的部分压钩力,有效降低列车的车钩力水平,为重载组合列车优化制动策略提供了理论依据和数据支撑。

制动操纵对既有2万吨重载列车纵向冲动影响的研究

为分析不同制动操作对现有2万吨重载列车纵向冲动的影响,基于重载列车纵向动力学理论和车辆动力学理论,考虑了2万吨重载列车的牵引与动力制动特性、空气制动系统以及钩缓装置等多方面因素,建立了一个适用于2万吨重载组合列车的纵向动力学计算模型,并通过现场测试数据对其进行了有效验证。该模型被进一步用于对比分析运行线路条件、空气制动压力、同步控制延时以及机车电制动力等多个参数对列车纵向冲动的影响程度。研究发现,当列车从陡坡过渡到缓坡的线路条件下制动时,纵向冲动的影响最为显著。此外,坡度差越大,产生的纵向压钩力也越大。同步控制延时的长度以及机车电制动力的大小也对列车的纵向冲动有显著影响:延时越短,电制动力越小,纵向冲动越小。在列车通过曲线轨道时,若将纵向冲动力控制在安全范围内,能有效提升重载列车的行车安全性。这一研究成果为重载列车制动策略的优化提供了重要的理论依据和实践指导。

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。

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。

ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动影响仿真研究

3万t重载列车是目前国内重载运输行业的重点研究对象,ECP方式是降低重载列车车钩力的重要手段。文章针对3万t重载列车,采用仿真方法研究了ECP电控信号传播方式的传播特性、列车制动能力和纵向冲动水平。研究表明,在3种ECP电控信号传播方式下,列车电控装置动作时间差为2.66~3.97 s,列车中制动缸活塞伸出时间差为2.80~3.80 s, 3种方式下列车制动能力差异不大,制动过程中产生车钩力最小的ECP传播方式为主控机车发送ECP信号的同时从控机车向前后发送ECP信号,紧急制动时最大车钩力为-1 565 kN。通过探究ECP信号传播方式对3万t重载列车制动工况纵向冲动的影响,可为3万t列车电空制动方案设计提供参考。

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。

一种地铁列车制动系统用风量计算新方法

地铁列车制动系统是列车重要用风单元。过去多采用模拟式制动系统,利用中继阀控制制动缸的压力。随着数字式高速开关阀的控制技术的运用,地铁列车制动系统目前普遍使用了数字式制动系统取代模拟式制动系统,利用EP阀控制制动缸压力。此种对压力的控制方法与模拟式制动系统不同。传统的制动系统用风量计算方法仅考虑制动缸和管路耗气,本文提出一种新的用风量计算方法,通过搭建地铁列车制动系统AMESim模型对地铁列车制动系统各用风元件进行用风量计算,可获得制动系统工作中所有元件的总用风量。

基于LoRa通信的ECP制动性能试验研究

为验证ECP制动(电控空气制动)相对于空气制动的技术先进性,文章提出一种基于LoRa通信的ECP制动系统,并在实验室进行了万吨编组列车的常用制动、紧急制动、阶段制动和循环制动等制动性能试验。试验结果证明ECP制动可显著提高编组列车制动响应速度,有效改善列车操纵能力,提高列车运行效率。

中低速磁浮车辆制动系统选型研究

文章对在中低速磁浮列车上应用的气液转换制动系统和全液压制动系统分别进行了介绍,阐述了两种系统的组成、结构和工作原理,并通过对比分析两种系统的优缺点,提出中低速磁浮列车制动及供风系统的使用建议。

长大列车制动系统减压特性的计算机模拟

本文根据空气动力学原理,建立了包括列车主管和支管的空气制动系统数学模型,并编制了相应程序。建模时,视管内流动为一维、有摩擦、非等熵不定常流,其数学模型的基本方程为一组偏微分方程,采用特征线法求解,应用该程序计算了不同主管直径、长度,不同支管直径、长度,以及不同初压、不同开口比及管内壁粗糙度等因素对减压特性的影响,结果和试验数据基本吻合。

两万t重载列车空气制动过程建模

针对使用《列车牵引计算规程》规定的牵引计算方法对2万t重载组合列车空气制动过程计算准确性有限的问题,在牵引规程既有空气制动计算模型基础上,提出一种适用于长编组重载组合列车空气制动过程的求解方法。首先,通过分析牵引规程模型的局限性,基于空气制动系统动态行为,按照时间节点将重载列车空气制动过程分别描述为实际系统空走阶段、制动力建立的暂态阶段和制动力稳定发挥的稳态阶段。其次,考虑历史操纵行为对当前空气制动性能发挥的影响,引入空气制动性能修正函数;考虑列车编组形式对制动波分布和制动波传递的影响,引入组合列车闸瓦压力分布函数。然后,基于牵引规程空气制动力基本计算方法,考虑制动全过程中空气制动力分布的连续性,提出一种三段式精细化空气制动力计算模型。最后,基于2万t重载列车实车运行数据,定义模型误差评价函数,通过与既有牵引规程模型对比,论证精细化模型的正确性和有效性。研究结果表明,所提模型在仿真重载列车单次短坡道制动和长大下坡道循环制动工况下都有良好的适应度。

重载列车安全运行非稳态冲动模型研究

在列车空气制动与纵向动力学联合仿真模型基础上,建立以车辆质点运行轨迹为自然坐标系的纵向作用力传递模型。建立线路模型求得连挂车辆处在线路中的位置坐标,应用双向逼近法求解心盘处坐标。将车体与车钩位置坐标构造成矢量,采用数量积与矢量积方法分别求解车钩摆角的大小和方向。再基于缓冲器与车钩间力的作用关系,求解车钩横向和垂向分力。应用力矩平衡原理建立准静态车辆模型,参考单轮对脱轨评价指标对列车运行安全性进行评估。对运行在大秦铁路上单编万吨列车进行仿真,分析列车制动、线路条件、列车运行速度等综合因素对安全指标的影响。着重分析列车冲动的机理,为列车安全平稳操纵提供参考。该系统实现了同步仿真计算列车操纵中制动、纵向冲动、线路运行条件及脱轨安全性指标等与列车运行相关的重要数据,并能够同步显示。

列车空气制动系统的数学模型

本文根据空气动力学原理，建立了列车空气制动系统的数学模型。该模型中包括列车主管、支管、缸间连接管、制动缸、副风缸、ＧＫ型三通阀。模型能反映所有制动（缓解）过程中主要现象。模拟了多种工况、模拟结果和实验结果具有较好的一致性。

基于模糊控制的多微机智能列车试风试验系统

论述一种由工控机、可编程控制器、单片机等多个微机系统组成的智能型列车试风试验系统。该系统采用模糊控制调节列车试风风压 ,由PLC来实现该算法 ;工控机的数据管理系统采用组态软件MCGS编制 ,并分别通过RS- 2 32串行口、CAN总线与PLC、单片机系统实现通信 ;CAN总线实现远程多点分布式测量。系统组成实现模块化 ,简单、可靠。用MATLAB仿真及实际运行表明 :该系统测量和控制精度高 ,实现完全的自动化。