关于单元万吨重载列车操纵安全风险分析及对策

随着我国重载铁路线路的不断开通,单元万吨重载列车操纵安全的重要性日益凸显,为降低单元万吨重载列车操纵安全风险,保障重载列车的运行安全和效率,阐述我国重载铁路牵引动力的主要机型,通过对仿真计算、试验数据与事故调研结果的分析,研究单元万吨重载列车机车工况转换、站内及坡道起车、列车空气制动及机车通过电分相区4种典型运行工况下的操纵安全风险。结合现场单元万吨重载列车操纵经验,采取试验仿真和专家咨询等方式,提出降低单元万吨重载列车操纵安全风险的对策,避免因司机误操作而导致的列车重大安全事故。     

30t轴重重载列车电控空气制动试验研究

长大重载列车的制动技术是重载运输发展的关键问题。文中在瓦日线30t轴重线路和机车车辆技术平台的基础上,对30t轴重重载列车自主化电控空气制动系统进行试验研究,通过长大下坡道的循环操纵及紧急制动等试验,对比分析电控空气系统与既有列车空气制动系统的性能。研究结果表明:自主化ECP制动系统可显著改善30t轴重重载列车纵向动力学性能,缩短列车制动距离,列车的制动能力进一步增强,在长大下坡道的运行安全性得到提高,同时列车的平均运行速度也相应提高。     

高速铁路列车ATP安全制动曲线优化设计

ATP系统是保证高速列车安全高效运行的系统,ATP安全制动曲线设计是车载ATP系统的关键技术之一。由于车载计算机速度和容量限制,部分列控系统中曲线计算采用欧标法(UIC544-1)进行简化计算。欧标法将制动过程中减速度最多分成6个阶梯,每个阶梯内对应一个恒定的减速度。由于速度阶梯划分方式基本按照固定间隔划分,易产生效率较低、安全余量不均的曲线。本文基于欧标法计算原理,以曲线效率损失最低和安全余量波动性最小为目标,构建欧标法速度阶梯分界值优化模型,并探讨不同线路条件和列车制动性能下的分界值设置规律。案例结果表明,优化后的欧标法曲线效率损失减少5.66%,安全余量波动性降低2.83%;线路坡度和列车制动性能在一定范围内波动时,优化后速度阶梯分界值稳定性较好。     

山西中南部通道重载列车运输试验及对线路设计的启示

利用山西中南部铁路通道重载运输试验数据,分析各牵引质量下重载列车的进站速度、停车位置及重载列车区间运行情况,确定30t轴重重载列车各工况下适宜的牵引质量;分析并判断重载列车在长大坡道的牵引制动性能。通过分析,提出30t轴重重载线路纵断面设计时,最大限制坡度不宜大于9‰;在开行万吨组合重载列车时,可以通过在到发线增设腰岔的方式,减少机车转线作业时间。     

重载列车智能化操控算法研究与实现

为保证重载列车运输安全,优化运行效率,提升线路运输能力,基于朔黄线神华8轴万t列车对列车受力模型及牵引/再生系统滞后特性进行研究;根据重载列车的运行特性,采用模糊控制进行重载智能化操控,研究模糊控制算法的应用,并重点确定输入输出模糊集;分析朔黄线线路数据,结合预测控制,对重载列车调速指令进行计算,给出合理的牵引/再生操控、空气制动操控及过分相操控提示,辅助司机驾驶;计算机实现并现场试验,结果说明,算法对列车推荐速度跟随性良好,满足运行时间误差小于5%、节能5%~10%的要求。     

JZD-1型机车操纵指导系统

为了解决提速、调图、新线开通、高速长交路直达列车和万吨重载列车等的优化操纵问题，基于LKJ2000型监控装置，南昌铁路局成功研制开发了JZD-1型机车操纵指导系统。该系统采用MS-DOS操作系统、C＋＋编程语言，根据预先存储的地面线路数据、点单数据，以及通过CAN总线取得的LKJ2000型监控装置中的机车运行状态数据、调度命令等，对机车交路进行连续实时计算。根据列车运行情况对计算结果进行修正，并参考优秀司机操作经验及一般司机的操作习惯，在监控装置显示屏上显示指导列车运行速度曲线，提示机车乘务员按正点操纵手柄位置，将列车运行途中可能的调速由空气制动改为有预见性的手柄调速，以保证机车牵弓1安全、正点、节能、平稳，减轻司机劳动强度，提高运输效率。系统适应于各型客货内电机车。[第一段]     

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。     

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。     

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。     

长大下坡道区段开行重载列车的安全问题

对长大下坡道区段开行重载列车如何保证周期制动时列车制动机充风时间及低速慢行等安全问题作了论述,提出了相应的验算评价方法和机车动力制动故障时安全运行的应急措施.     

列车空气制动与纵向动力学集成仿真

长大列车纵向冲动一直是重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是列车纵向冲动的根源,制动特性试验方法已不能够满足仿真各种列车编组的纵向冲动分析的需求,特别是多机车不同步动作、列车中有可控列尾装置等使得试验基础上的制动特性更具有局限性,因此获得适用性更广的制动特性成为纵向动力学研究的首要问题。本研究开发了列车空气制动与纵向动力学联合同步仿真系统,该系统基于消息机制,能够在运行过程中改变列车驾驶指令。介绍列车制动系统和纵向动力学同步仿真基本原理,气体流动理论,列车管压强、缸内压强计算方法,机车牵引、动力制动,缓冲器特性、摩擦系数、纵向冲动等计算方法。仿真计算典型长大列车制动特性和纵向冲动特性并与试验结果进行比较,与试验结果吻合较好。该仿真系统适合于模拟各种编组列车在各种线路运行过程中制动力与车钩力等重要参数,为制动系统和列车纵向冲动等研究提供方法和手段。     

既有万吨重载铁路提速条件下轮轨动态相互作用特性北大核心

为研究我国某万吨重载铁路既有线提速的可行性,开展列车通过不同线路条件时轮轨动态相互作用特性的仿真和试验研究。建立万吨重载货车在线路上运行的动力学分析模型,计算分析其空载、满载以及直线、曲线通过等多种工况下,不同运行速度对轮轨动态相互作用的影响;对万吨重载列车开展了提速动力学试验,测试重载列车提速通过时的轮轨动态相互作用特性。结果表明:万吨重载列车的轮轨动态相互作用均随车辆运行速度的增加而增大,曲线线路区段产生的轮轨相互作用更加剧烈,但均小于安全标准限值且有一定的安全余量。     

重载列车循环制动时充风时间和充风距离计算及操纵探讨

文章通过对瓦日线重载列车牵引试验和运行实践的总结与分析,系统阐述了单元重载列车在长大下坡道地段动力制动和常用制动操纵注意事项;结合列车运动方程和列车合力计算公式,提出了重载列车循环制动时充风时间及充风距离的计算方法;并对重载列车在长大下坡道地段紧急制动停车再开且须限速运行时,需要救援的情形及操纵注意事项进行了分析论述,以指导机车司机操纵和对相关非正常情况的处理。     

基于遗传算法的重载列车驾驶策略研究

针对重载列车在长大下坡道运行时需采取循环制动来保证列车安全运行的难点问题,通过分析重载列车动力学模型和操纵要求,研究了一种基于遗传算法的列车驾驶策略。首先,基于线路数据和列车编组数据,对重载列车运行过程进行了动力学模型的建立;然后以操纵要求建立约束集,设计了以工况(制动和制动缓解)转换点为编码对象的驾驶策略生成算法;最后选取朔黄铁路一段长大下坡道实际线路数据,仿真得到最优的工况转换序列,并生成列车驾驶曲线。分析仿真驾驶曲线与指导驾驶曲线速度的均方根误差以及速度误差的期望和方差,表明该方法是可行的。     

大秦线重载列车运行仿真计算研究

针对大秦线的实际情况,通过建立重载列车运行仿真计算模型,研究大秦线不同编组重载列车的牵引、制动等技术参数,为大秦线组织重载列车试验、制订合理的操纵方法和保证列车安全、可靠、正点、高效、节能运行提供技术依据.仿真计算表明采用LOCOTROL技术,运用合理的操纵方法,按照SS4型机车(1 2 1)和(4X5000t)编组方式以及HXD1机车(1 1 0)编组方式牵引2万t组合列车,均能够满足大秦线运行时分以及长大下坡道对循环制动再充风时间的安全性要求.采用HXD1型机车(1 1 0)编组方式牵引2万t列车的最大纵向力比SS4型机车(1 2 1)编组方式的稍大,紧急制动最大纵向力一般在2000 kN以下,常用全制动最大纵向力为1000 kN左右,均有一定的安全裕量.仿真计算结果与实际试验结果相吻合,为大秦线成功开行2万t级重载组合列车提供了技术支持.     

重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性的影响

针对摩擦式车钩受压偏转行为,分析了重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩偏转角的关系,通过建立由2台8轴重载机车、1台虚拟货车与4组缓冲器具有迟滞特性的摩擦式钩缓系统组成的列车动力学模型,研究了制动条件下机车二系横向止挡纵向间距对车钩稳定性能与列车运行安全性能的影响规律。计算结果表明:二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性能及列车运行安全性有重要影响。在500 kN压钩力作用下,当二系横向止挡纵向间距为10 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别为10°和60 mm,列车安全性指标超出安全限值;当二系横向止挡纵向间距增加至14 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别减少了70%和67%,列车安全性指标远低于安全限值。在机车设计中,应该适当地增加二系横向止挡纵向间距提高制动条件下列车安全运行性能。     

大秦线重载列车机车互联互通之研究

介绍了大秦线重载列车机车目前的配置方式,阐述了重载列车机车互联互通解决的主要问题。研究了互联互通的关键技术路线。通过试验分析了互联互通的空气制动和动力学性能。     

山西中南部铁路壶关至红旗渠段长大坡道缓坡设置研究

山西中南部铁路是一条新建的万吨重载煤炭运输通道,是国内首条研究30t大轴重万吨列车运行安全的铁路,铁路线路平纵断面、车站分布等的设计,需满足万吨级列车的循环制动与纵向冲动等要求。运用列车纵向动力学仿真软件指导重载铁路的设计,通过对不同机车牵引万吨单编列车的纵向动力学仿真研究,特别是万吨列车在不同坡度坡道上的制动限速、制动距离,以及长大下坡道困难区间操纵运行的安全性和纵向冲动,研究山西中南部铁路壶关至红旗渠段长大坡道缓坡设置问题,以满足万吨重载列车在非正常情况下的运行、养护维修及救援要求。研究结论为:壶关至红旗渠间居中位置应增设缓坡1处,并配备救援设备。研究结论已应用于项目设计,在壶关至红旗渠间增设了平顺站,并设机待线,配备双机重联救援机车。     

重载列车制动系统综合试验平台研究

在200辆货车制动试验台的基础上,通过加装机车制动、同步操纵和ECP制动等系统,研究并搭建了重载列车制动系统综合试验平台;为验证大轴重机车、车辆和重载列车制动系统的匹配性、同步性、以及制动缓解性能等提供试验条件和平台。