需求不确定的铁路车流径路优化模型

引入不确定理论中的鲁棒优化描述铁路货运日常运输组织工作中的车流量波动,提出需求不确定的铁路车流径路优化模型。首先,考虑线路通过能力和网络流量守衡约束,以绕道率阈值参数控制车流径路里程的合理性,以走行成本最小化为优化目标,建立需求确定的车流径路优化模型;然后,引入盒式不确定集描述车流量的波动性,设计鲁棒代价调节模型的保守程度,基于鲁棒对等理论建立需求不确定的车流径路优化模型;最后,通过小型算例验证模型的正确性,并基于沈阳铁路局集团有限公司所辖路网的实际算例验证模型的实用性。结果表明:部分车流量发生波动时,对应的最优径路方案随之发生变化;鲁棒代价能够权衡最优方案的成本和违反通过能力约束的概率,小型算例和实际算例中鲁棒代价分别取5和11时,得到的车流径路方案处于系统成本与运输需求满足的平衡点。该模型及鲁棒优化理论可为管理者制定车流径路方案提供决策参考。

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。

基于铁路货物列车节能开行方案的优化研究

为了更好地发挥铁路绿色运营的优势,本文提出面向节能的铁路货物列车开行方案的优化方法。通过对铁路货运线路上的列车运行能耗进行仿真分析,发现不同区间内的运行能耗、不同车站的起停附加能耗差异较大,因此可以通过合理的车流组织来降低能耗。据此,结合铁路实际运输情况,综合考虑铁路运营效益、铁路运输效率、货主时间利益和铁路节能需求,建立铁路货物列车节能开行方案优化模型。选取某铁路线路作为算例验证模型,并对算例结果进行对比分析,结果表明,所构建的优化模型相比其他方案具有更好的优化效果,能够有效降低列车运行能耗并提升运输效率。

关门车对空重车混编列车安全性影响

为了研究关门车对空重车混合编组货运列车安全性的影响规律,根据车辆系统动力学理论和列车动力学理论,建立了1辆机车+16辆重车+1辆空车+31辆重车+1辆空车+16辆重车编组的空重车混编列车动力学模型,并分析了列车中存在关门车时在直线和曲线线路上分别以80、85、90 km/h制动初速制动时,列车中各车辆的脱轨系数、轮重减载率的变化情况。结果表明:列车中的关门车及其他车辆的脱轨系数、轮重减载率都符合《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》(GB/T 5599—2019)的规定;当关门车为空车时,其脱轨系数以及轮重减载率均明显大于列车中重车关门车和其余车辆的值;当列车中的关门车是重车时,其脱轨系数稍大于列车中其余车辆的脱轨系数,但轮重减载率与列车中其余车辆的值无明显差异。随着制动初速的增加,列车中所有车辆的脱轨系数和轮重减载率都随之增大;曲线运行时的脱轨系数和轮重减载率都大于直线线路上运行时的值。

车轮硬度对重载铁路货车车轮磨耗的影响

为研究车轮硬度变化对铁道重载车轮磨耗的影响,分析降低车轮磨耗的低成本方式,建立了装配转K6转向架的C80货车的车辆-轨道耦合系统动力学模型,并基于CONTACT程序与Archard磨耗模型建立了车轮踏面磨耗的仿真模型。通过建立的仿真模型来预测重载铁路货车车轮硬度对车轮踏面磨耗深度和车轮踏面外形的影响,结果表明适当增加车轮硬度会有效减小车轮磨耗深度,因此适当提高车轮磨耗区域内的车轮硬度可以有效降低车轮踏面磨耗,提高车轮的使用寿命。

基于运到期限的技术站动态配流优化研究

技术站配流作为货物运输的重要环节,影响着货物运输的时间和效率。为实现运到期限的兑现,以考虑运到期限的技术站动态配流为研究对象,将运到期限利用蒙特卡洛法分配到技术站转化为最大在站停留时间约束,引入优先级来评价货物的紧急程度,以优先级加权的货物总在站停留时间最小和发出总车辆数最多为双目标,为避免列车不合理停运,考虑不同满轴约束条件及摘挂、小运转列车可欠轴发出等车站实际,构建了混合整数规划模型,设计遗传模拟退火算法并采用软件求解。算例表明:与既有方法相比,研究的模型与算法能充分配流使得所有出发列车正点发出,优先处理优先级高的货物以减少其在站停留时间,且能保障所有货物不同运到期限的要求。

铁路货车煤炭运输防冻粘涂层技术研究及应用

在煤炭运输及装卸过程中,运输箱体在低温环境下极易与煤炭形成严重粘连,从而造成极大的运输损耗。本研究提出一种基于改性氟碳聚合物的防冻粘涂层技术。通过对涂层表面进行润湿性表征、耐磨性测试以及抗结冰性能测试等,研究了涂层的抗粘附性和机械稳定性;通过多工况试验及实际线路运用等,全方位验证了该涂层的抗冻粘的有效性和机械耐久性。该工艺操作简单,涂层性能优异,为预防和改善铁路货车煤炭运输冻粘状况提供了一种精准的解决方案。

考虑车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化策略

统筹考虑车流径路选择与编组方案制定,研究带路网干线大运转车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化问题,构建具有2阶递进结构的模型及求解策略。在构建嵌入车流径路选择的单组列车编组优化模型基础上,以分组列车开行方案替代原单组列车开行方案所带来的车小时节省最大为目标,进一步构建基于单组列车方案组合排序的分组列车编组优化模型。求解时先通过3次更新,完成单组列车开行方案优化;再通过组合排序,分别生成合并式分组列车和衔接式分组列车的开行方案;最后利用车组唯一与车小时节省原则,筛选出最优分组列车开行方案。依托我国中部路网主通道设计实验场景,验证模型及求解策略的有效性。结果表明:考虑车流径路选择后,最优单组列车开行方案共开行17列列车,产生11 560车小时消耗;进一步优化得到的分组-单组货物列车混合编组方案能够减少1列列车,节省582.5车小时消耗。该模型及求解策略能有效求解车流径路选择下的分组-单组列车混合编组优化问题。

基于货-车-轨耦合动力学分析的重车重心高度及管控规则研究

我国现行重车重心高度管控规则已凸显限制铁路货运系统运输能力的矛盾。针对此问题,通过深度剖析货物-车体耦合机制,建立货-车-轨耦合动力学模型,并采用动态Nadal限度评估车辆运行脱轨风险,基于模型仿真分析我国铁路通用货车在正常速度运行时应限制的重车重心限制高度,以及重心高度超过该限值时的相应限速规定。研究结果表明:针对货物装载参数影响车辆动力学行为的研究,动态Nadal限度可有效减小脱轨误判率,相比于经典Nadal限度更适宜作为脱轨风险的评判依据;基于动态Nadal限度判定车辆脱轨风险,我国铁路通用货车的重车重心限制高度可提升至2400 mm;在保证车辆运行安全的前提下,重心超高时的区间限速规定可以合理地适当放宽。

KM70(H)型煤炭漏斗车耐腐蚀性能提升改进设计

随着煤炭漏斗车运用场景、频次的增加,车体耐腐蚀性成为运输安全的决定因素之一。阐述了我国铁路货车车体材料的发展历程;通过硫酸浸泡腐蚀试验、周期浸润腐蚀试验以及电化学试验研究了车体用钢材耐腐蚀性,分析了钢材在扫描电镜下的锈层特征;调研分析了KM70(H)型煤炭漏斗车车体运用和腐蚀、磨损情况;对煤炭漏斗车车体腐蚀原因进行了研究,提出了KM70(H)型煤炭漏斗车耐腐蚀性能提升改进设计方案。

重载货车摩擦缓冲器动力学模型研究

基于摩擦缓冲器冲击试验数据建立缓冲器多段线性模型,利用附加黏滞摩擦力和附加阻尼力进行理论修正,构建缓冲器多段线性修正模型,利用车辆冲击仿真及反映列车运行工况的三角函数位移激励对缓冲器多段线性修正模型进行验证和分析。计算结果表明:缓冲器多段线性修正模型较常规多段线性模型更接近冲击试验结果;转换速度及外部位移激励的频率会对车钩力尖峰阶段产生影响,转换速度越大或者外部频率越小,车钩力越先进入尖峰阶段,形成的磁滞环就越大,消耗的车辆振动能量越多,后续的车钩力和车辆相对位移就会越小;附加黏滞摩擦力较好地模拟了缓冲器特性曲线的尖峰现象,等效摩擦系数越大,附加黏滞摩擦力越大,车钩力也越大;附加阻尼和车体刚度的共同作用使缓冲器加载曲线与卸载曲线之间平稳过渡,在附加阻尼的修正下,即使缓冲器处于过渡曲线上遇到往复加载和卸载载荷,缓冲器也能形成磁滞耗能环,亦能耗散车辆之间的振动能量。

铁路客货车通用运行品质轨边动态监测系统TPDS的研制

客车车轮踏面损伤形式多样,监测主要依靠人工,容易造成漏检,而病害漏检会给行车带来安全隐患。针对监测铁路客车车轮踏面损伤和车辆动力学性能运行品质的要求,在既有铁路货车TPDS的基础上,通过优化电磁兼容设计、建立客车踏面损伤评判模型和改进测试区平台,研制出了客货车通用TPDS。该系统能够识别铁路客货车车辆运行状态,获得车轮踏面损伤情况,监测车辆超偏载,为铁路客货车行车安全提供技术保障。

基于子模型的铁路车辆结构强度精细计算

对某铁路货车车体结构进行了有限元强度精细计算。根据车体的对称性建立了1/4几何模型;在Hy-perMesh中采用实体单元建立有限元分析模型,按纵向、垂向工况进行加载;导入ANSYS中完成对车体主模型的静强度有限元分析,通过计算结果与试验测试数据的对比,验证了模型的合理性;运用子模型技术,选取枕梁附近区域建立子模型,进行有限元分析精细计算,得到了较主模型更为接近测试数据的结果。

不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能

应用轮轨型面测量仪在大秦重载线路上跟踪测量了不同磨耗阶段的轮轨型面,基于这些轮轨型面,应用多体动力学软件SIMPACK建立C80重载货车模型进行仿真计算,分析轮轨型面对重载货车动力学性能的影响.结果表明:在运行平稳性和稳定性方面,标准LM型车轮型面最佳,且随着车轮磨耗量的增加,平稳性和稳定性逐渐降低;在曲线通过性能方面,各个阶段的车轮型面都达到了评价标准,脱轨系数和轮重减载率都随着轮轨的磨耗而减小;轮轨横向力随着车轮的磨耗而逐渐减小;标准LM型和Ⅱ型车轮型面的磨耗功率较小,与磨耗稳定期钢轨相匹配能相对降低车轮的磨耗速率.

30t轴重重载货车轮轨接触几何关系及动态匹配关系

针对我国30t轴重的重载货车及线路条件,以改善轮轨匹配特性为目的,对LM车轮踏面与不同类型钢轨匹配时的轮轨接触几何关系和轮轨动态相互作用进行了分析,并在此基础上研究了钢轨轨底坡对轮轨接触几何关系及车辆动态曲线通过性能的影响。研究结果表明:相对于CHN60和USA68钢轨,CHN75钢轨在轮对横移较小时可提供较低的等效锥度,轮对横移量超过4 mm后,等效锥度逐渐增大,能在保证车辆运动稳定性的同时利于其通过曲线线路,且采用CHN75钢轨可以降低轨道结构的受力。重载线路在使用CHN75钢轨,轨底坡设为1/40时,踏面等效锥度及货车曲线通过性能要优于1/20和1/30的轨底坡设置。

基于协整和误差修正的货车保有量测算模型

铁路系统保有合理的货车数量是开展货运工作的基础。在不依赖先验信息的情况下,首先从运营数据序列本身所包含的特征信息出发,计算出保有量与路网货运营业里程、货运量、货运周转量、周转时间等变量间的Pearson相关系数矩阵。其次,为避免模型变量过多造成过拟合,采用基于方差的膨胀因子法对多元变量相关性进行共线性诊断,再用逐步回归法筛选出包含信息量最多、解释能力最强的2个变量作为自变量。然后,基于协整理论构建出含多元变量的货车保有量误差修正模型。最后,运用算例验证误差修正模型在保有量测算中的有效性,并对测算精度进行检验分析。

一系悬挂对重载货车运行影响研究

传统三大件转向架没有一系悬挂,货车运行中,短波轨道不平顺作用下轮轨中低频响应对于货车的影响较为明显。部分重载货车采用橡胶垫作为一系悬挂,降低运行时轮轨相互作用对于货车动力学性能的影响。本文以一种澳大利亚铁路重载货物运输中大量采用的30t轴重三大件转向架货车作为研究对象,参考澳大利亚铁路行业安全标准,采用多体动力学仿真分析方法,建立货车完整动力学模型,比较分析四种一系悬挂下,货车在不同线路、不同速度、不同轮轨接触条件下的磨耗指数、脱轨系数与P2力,据此分析橡胶垫垂向刚度对于货车动力学性能的影响。研究结果表明:一系橡胶垫可以有效降低干燥轮轨接触状态下货车车轮的磨耗指数与P2力,但会造成轮轨润滑状态下货车车轮的磨耗指数与P2力的增大,一系橡胶垫对于货车脱轨系数影响并不明显。

铁路重载货车轮对弹性振动及其动态影响

为研究轮对弹性振动特性及其对重载货车动力学性能的影响,以30 t轴重重载货车为研究对象,对轮对刚、柔建模时的整车运动稳定性、曲线通过性能等进行了对比研究.首先,给出了多体动力学中弹性体的数学建模方法;其次,建立轮对柔性体有限元模型,分析了轮对的弹性振动模态,进一步将其集成于多刚体系统中,形成重载货车刚柔耦合动力学分析模型;最后,针对货车多刚体和刚柔耦合两类建模方法,以干线不平顺叠加短波不平顺作为系统激励源,对比分析了重载货车的轮对振动响应、蛇行运动稳定性以及动态曲线通过性能的差异.研究结果表明:相对刚性轮对而言,柔性轮对的变形能够缓和轮轨刚性冲击,同时弱化轮轨间的刚性约束能力,导致其振动幅度降低,使得车辆非线性临界速度下降约9%,通过小半径曲线时,轮轨横向力也降低了约13.7%,轮对弹性振动对重载货车动态性能的影响同样不容忽视.

装载工况对铁路货车倾覆的影响研究

在重车静力分析的基础上,推导出货车装载工况参数与倾覆系数之间的静力关系式。基于车辆系统动力学,利用SIMPACK动力学仿真软件,建立了重车的车辆动力学仿真模型。以C64k敞车为例,在特定装载工况和运行工况下,分别基于静力模型与仿真模型,计算出倾覆系数的大小,并总结了货车装载工况参数与倾覆系数的变化关系。结果表明:静力学和仿真模型计算得出的货车装载工况对车辆倾覆安全的影响趋势基本一致,倾覆系数大小与重车重心高、货物重心横向偏移量及货物重心纵向偏移量成正相关;在相同的装载工况与运行工况下,静力学模型计算结果偏大,SIMPACK仿真模型结果更接近实际。

分组列车优化组织理论与方法研究

分组列车的组织条件要求较高且程度更复杂,但却有利于提高铁路货物运输的效率和效益。基于系统工程原理以及微观机理融合宏观机制的指导思想,采用定性分析与定量测度相结合、理论推导与仿真实验相融合的方法,系统地研究分组列车的组织特征、集结特性、组织条件和编组方案优化等问题,主要内容和结论如下。（1）分组列车车流组织特征分析。分析分组列车在编成站、换挂站和终到站的作业流程、组织条件和组织形式,并与单组列车进行对比。