Assessment of the curving performance of heavy haul trains under braking conditions

To study the curving performance of trains, 1D and 3D dynamic models of trains were built using nu- merical methods. The 1D model was composed of 210 simple wagons, each allowed only longitudinal motion; whereas the 3D model included three complicated wagons for which longitudinal, lateral, and vertical degrees of freedom were considered. Combined with the calculated results from the 1D model under braking conditions, the behavior of draft gears and brake shoes were added to the 3D model. The assessment of the curving performance of trains was focused on making comparisons between idling and braking conditions. The results indicated the following： when a train brakes on a curved track, the wheel-rail lateral force and derailment factor are greater than under idling conditions. Because the yawing movement of the wheelset is limited by brake shoes, the zone of wheel contact along the wheel tread is wider than under idling conditions. Furthermore, as the curvature becomes tighter, the traction ratio shows a nonlinear increasing trend, whether under idling or braking conditions. By increasing the brake shoe pressure, train steering becomes more difficult.

重载组合列车中部机车车钩自由角对轮轨动态相互作用影响分析

针对2万吨重载组合列车中部机车的运行安全性问题,基于102型机车车钩结构特性,建立“1+1”编组形式的重载组合列车动力学模型,探究车钩自由角对轮轨动态相互作用的影响规律。此外,结合机车轮轴横向力的限值,进一步分析不同线路条件下机车的抗压钩能力。计算结果表明:2万吨重载组合列车的中部机车在纵向压钩力作用下,车钩自由角的大小对列车运行安全性指标有显著影响,列车各项运行安全性指标随着车钩自由角增加而显著增大;在直线制动工况下,且当机车车钩自由角达8°时,压钩力超过800 kN将导致轮轴横向力超限;在R300m小半径曲线制动工况下,车钩自由角达7°时,压钩力600 kN将导致机车轮轴横向力超限。因此,合理控制车钩自由角,同时降低列车运行时的纵向冲动对保障列车安全运行具有重大意义。

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。

重载组合列车纵向力优化的联合制动分析及研究

重载组合列车因其整体重量大,制动时会产生较大的纵向车钩力,而纵向车钩力大小是最能直观反映列车纵向冲动大小的因素。重载组合列车采用分布动力模式,在制动时只能通过机车施加空气制动指令。受列车管压力波速传递作用影响,列车的前后车辆存在制动不同步性,位于列车中部的重联机车纵向力作用更为复杂,严重时会影响重载组合列车的运行安全。通过建立重载组合列车的纵向动力学仿真模型,考虑空气制动时车辆间制动不同步性产生的附加扰动影响,仿真分析不同制动工况下重载组合列车的纵向力变化及变异现象。结合制动模式特性,通过调整空气制动和机车再生制动控制机制,特别是本务机车和重联机车制动力差值变化,提出适时异步匹配空气制动力和机车再生制动力的控制策略。仿真结果表明,适时异步匹配机车再生制动及空气制动可以有效减小组合列车整体纵向车钩力,重联机车的再生制动力异步匹配本务机车时,可以有效缓解长大下坡道及变坡道制动时重联机车的前堵后涌现象,降低列车纵向车钩力,可为重载组合列车优化制动策略提供参考。

重载组合列车纵向力劣化分析与运行安全研究

我国的大秦铁路重载组合列车采用Locotrol同步控制系统,可使列车头部主控机车与中部从控机车间保持同步操纵。但是在列车缓解过程中,由于全列只有2个机车作为风源对列车管充风,列车前后部制动同步性差,纵向冲动明显,特别是位于列车中部断面的机车将不可避免地受到大纵向力作用的冲击,严重影响重载列车的运行安全。为探究大秦线中部从控机车循环制动中的纵向力演变规律,进行列车在等效坡度、制动初速、缓解初速、制动-缓解初速差和电制力等各种制动调速过程中不同工况下的一系列试验,对大秦线2万t重载组合列车的中部机车纵向力进行了全面系统的分析。针对重载列车运行安全性问题,提出了2种改善途径,一是提高钩缓装置的受压稳定性,二是通过优化操纵降低列车纵向冲动。此外,根据重载组合列车纵向动力学仿真模型的计算结果,对大秦线2万t重载组合列车在关键区段的实际运行操纵方式进行了仿真模拟。仿真结果表明:在长大坡道循环制动缓解过程中,降低电制力可在一定程度上降低重载组合列车中部机车的压钩力。通过利用坡度变化和改变电制力的优化操纵可以降低重载组合列车纵向冲动。进一步验证了试验分析的结论,为列车操纵优化提供了理论依据。

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。

重载组合列车纵向动力学及安全性问题研究

简要梳理我国重载组合列车纵向动力学综合试验和数值仿真研究方法;分析列车管减压量、缓解速度、线路坡度、电制力、列车编组方式、Locotrol同步作用时间等因素对列车纵向动力学的影响规律和作用机理;研究中部从控机车及其钩缓装置受压稳定性、电制侧向过岔安全性等安全问题的产生原因、作用机理和影响因素;提出重载组合列车安全技术提升策略,以提高我国重载列车运行安全性。

朔黄铁路机车同步操控无线通信监测技术研究

机车同步操控是朔黄铁路LTE-R网络承载的核心业务之一,网络的可靠性直接影响重载铁路的运输秩序和运输安全。针对目前机车同步操控业务通信故障诊断分析及时性和准确性存在的不足,提出了适用于朔黄铁路的同步操控无线通信监测技术,通过采集LTE-R接口监测系统、路测设备、LTE-R网管与同步操控地面应用节点的数据,全量监测主控机车和从控机车通信全过程,综合分析网络负荷、无线质量、通信异常事件和设备因素,提取通信过程中的关键特征,使用二叉决策树动态诊断分析同步操控业务潜在风险和通信故障。研究结果表明:机车同步操控无线通信监测系统实现了全线150对列车同步操控车载通信单元的监测和故障分析,可以减少传统人工分析的负担,提高了LTE-R网络和同步操控系统的运用质量。

环境温度升高对重载列车管压波动及制动力的影响分析

对大秦线列车管减压量偏大的重载组合列车的制动施加时间、地点、线路数据和机车数据进行了统计分析,确定环境温度升高是引起列车管压力上升的主要原因,通过理论计算的方法研究了不同条件下环境温度升高对列车管压力变化的影响,进而分析其对制动缸压力、闸瓦压力、车辆制动力、列车制动力的影响,结合试验数据分析对车钩力产生的影响,并论述纵向力增大可能带来的隐患,针对这种现象提出了解决建议。研究表明重载组合列车在环境温升较大的中午时刻或者低温季节经过长大隧道时会引起列车管压力上升,造成列车施加空气制动时减压量变大,进而导致列车制动力增强。

重载列车车轮轮缘径向开裂原因分析

车轮是轨道车辆最关键的部件之一,直接关系到列车的安全运行。某线路重载列车车轮服役不到10个月轮缘出现径向裂纹。通过对失效车轮综合表征分析和实际服役线路分析,发现轨道转弯半径过小是导致轮缘与钢轨之间产生较高的接触应力和轮缘磨损减薄的根本起因,从磨损破坏和接触应力平衡角度判断磨损引起的异常振动是导致车轮轮缘径向接触疲劳开裂的主要原因。最终提出了针对性改进方案和预防措施,有效保障重载列车的安全稳定运行。

重载铁路轮轨磨耗及其对安全运行的影响

介绍了国内外重载铁路发展现状和运用情况.详细论述了重载铁路在运营过程中轮轨典型的磨耗情况,主要有车轮轮缘磨耗、车轮踏面凹坑磨耗、车轮椭圆磨耗、车轮偏心磨耗、钢轨轨角侧磨、钢轨波浪形磨损以及轮轨擦伤.关于重载铁路轮轨磨损的研究主要分两个方面:轮轨的力学行为和基于轮轨行为对轮轨磨耗的机理、发展规律、主要影响因素和降磨措施.讨论了轮轨磨耗对轮轨接触载荷、车辆和轨道动力学行为、运行安全和稳定性的影响.提出了轮轨磨耗状态下重载列车脱轨安全问题的研究方法与技术路线,以期通过数值仿真计算,研究轮轨磨耗状态下重载列车脱轨机理和关键影响因素及其规律.

基于组合列车的重载铁路装车区车流组织优化模型研究

根据我国重载铁路车流组织以列为单位调整以及对线路通过能力要求较高等特点,对开行组合重载列车和单元重载列车的重载铁路装车区车流组织优化问题进行研究。建立以组合时间耗费最小化和重载通道流量最大化为目标的重载铁路装车区车流组织优化模型,并引入组合系数的概念,以解决由于列车组合作业造成的列车流输入输出不均衡的问题;为降低多目标优化求解的复杂度,将其转化为网络流模型并验证其解的等价性,并采用最小费用最大流算法对模型进行求解。以大秦铁路为例,研究其装车区车流组织问题,通过对计算结果的分析表明,所给出的模型简单而实用。

重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究

根据大秦线开行2万t重载组合列车对机车缓冲器可靠运用的要求,应用列车纵向动力学软件建立2万t重载组合列车多质点模型和缓冲器数值模型;按照列车紧急制动、常用制动和长大下坡道区段循环制动3种工况,分析比较机车分别装用DFC—E100缓冲器、MT—2缓冲器和QKX100型弹性胶泥缓冲器以及在列车紧急制动工况条件下改变DFC—E100型缓冲器最大阻抗力、行程和初压力等关键技术参数对2万t重载组合列车纵向动力学性能的影响。结果表明:机车装用不同型号缓冲器时的列车最大纵向力均在2 200 kN以内,中部机车的最大纵向力未超过1 700 kN;适宜于2万t重载组合列车的机车缓冲器的额定阻抗力、行程和初压力分别为2.25 MN,110 mm以下和150 kN左右。

机车无线同步控制技术对2万t重载组合列车纵向力的影响

针对采用机车无线同步控制技术的2万t重载组合列车(1+2+1),研究其在紧急制动及常用全制动工况下的纵向动力学性能,并提出机车无线同步控制的合理延迟时间。采用自主开发的重载列车纵向动力学仿真计算软件,对单编5千t、单编1万t和2万t组合3种编组方式的重载列车在紧急制动及常用全制动停车工况下的纵向动力学性能进行仿真计算及比较分析;对主、从控机车采用不同延迟时间的2万t组合重载列车在紧急制动工况下的纵向力进行仿真计算。结果表明:2万t组合重载列车的纵向性能优于同等车辆装备的单编1万t重载列车,但差于单编5千t重载列车;2万t组合重载列车的主、从控机车的延迟时间应在4 s以内,才能满足大秦线重载列车运行的需要。

新材质重载货车车轮性能研究

针对目前我国重载铁路货车车轮运用情况不佳的现实,为提高车轮抗磨耗性能,同时兼顾车轮抗热损伤性能,研究车轮材质,分别确定辗钢重载货车车轮和铸钢重载货车车轮的材质成分设计方案,并试制出车轮样品。对试制的车轮样品分别进行磨耗性能研究、力学性能与微观组织分析、抗热损伤性能研究。结果表明:试制的辗钢车轮样品抗磨耗性能和强度分别比普通CL60辗钢车轮提高约40%和25%,铸钢车轮样品抗磨耗性能和强度分别比普通ZL—B铸钢车轮提高约30%和25%;2种车轮样品的显微组织均为细珠光体与少量沿晶界分布的铁素体;2种车轮的抗热损伤性能均可满足我国重载货车实际运用条件要求。

重载组合列车分布动力机车重联控制系统无线传输同步性研究

为提高重载组合列车各重联机车无线控制的同步性能,基于800MHz无线电空间波无线传输模式,建立重载组合列车分布动力机车重联控制无线传输同步性的马尔可夫决策模型,并采用有限阶段向后递归迭代算法进行求解。利用给出的决策模型和算法构建重载组合列车分布动力机车重联无线同步控制系统,并安装于神华线万吨重载组合列车的机车上进行测试。测试结果表明:机车间重联信息无线传输的平均周期仅为2.5s,小于美国GE公司LOCOTROL系统3s的平均周期,能够满足神华线重载组合列车运行的基本要求;采用800MHz双频点组成双网传输,在无线电波弱场区能克服空间波传输受到干扰的影响,减少延迟时间。

重载铁路装车端编组站重载列车组合优化

重载铁路装车端编组站重载列车组合在于确定出发重载列车的发车时刻、编组内容及其列车来源,以使得所有出发列车遵守满轴、不违编和追踪间隔的规定。考虑到达列车残存、出发列车停运和出发时刻调整等实际情况,以车辆在编组站总停留时间和车辆在前方站总额外中转时间最小为目标,构建多目标混合整数线性规划模型。设计增广ε-约束法求解模型,寻找若干区分度明显的代表性非支配解。以大秦线湖东站为背景构造算例,对所提出的方法进行测试。计算结果表明,与现场常采用的"先到先组、正点出发"经验方法相比,本文所提出方法可明显缩短车辆在编组站的停留时间和在前方站的额外中转时间。

重载铁路装车端空车配送模型

根据重载铁路空车调整具有以列为单位、装车点对空车列到达时间要求高等特点,定义满意度隶属函数,以车流平衡、到发时间间隔为约束条件,以装车点满意度最大及空车列空费时间最小为目标函数,建立重载铁路装车端空车配送的多目标模糊规划模型,采用混合遗传算法求解。以大秦铁路为例,采用建立的模型和算法,计算和比较湖东站单独作为空车列分解站、湖东站和大新站联合作为空车列分解站2种方案。结果表明:增加大新站作为装车端的空车列分解站,装车点满意度可提高13.66%,空车列空费时间则可降低87.67%,能更好地满足装车点对空车列到达时间等方面的要求及线路通过能力的限制。

多组合站条件下重载运输战略装车域列流组合方案优化

将重载线路装车端作业区域按其货源供给水平及运输组织方式划分为战略装车点、装车区及装车域3个层次,并根据装车域列流组织的特点,以组合列车总组合时间及走行时间之和最小为目标,考虑线路年运量、通过能力、机车车辆数量等约束,并引入组合映射关系式表示组合站的列流接续关系,构建基于重载运输的装车域列流组织非线性整数规划模型,统筹优化组合站组合作业组织方案。最后以大秦线装车端的装车域为例,验证了模型的有效性和可行性。

重载铁路卸车端空车回送模型研究

我国重载铁路运输组织比较复杂,空车回送也有其特殊性.本文在借鉴已有空车调配问题研究成果的基础上,分析了重载铁路空车以列为单位回送等特点,研究了重载铁路列车组合分解作业对通过能力的影响,建立了以组合列车数量、组合时间最小化为目标的重载铁路卸车端空车回送模型,并将其转化为网络流模型,采用最小费用最大流算法进行求解.以大秦铁路空车回送为例,利用本文所建模型求解并分析计算结果,得出重载铁路重车方向以提高输送能力为主、空车方向以提高通过能力为主等相关研究结论.