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。     

30 t轴重下朔黄铁路长大下坡段空气制动运用与节能策略研究

朔黄铁路亟需通过提高列车轴重、增加编组长度来增强铁路运输能力,但神池南—西柏坡段多为10‰左右的长大下坡,提高轴重、增加编组后如何保证列车在该路段的行车安全是倍受人们关注的难题。为此,本文针对30t轴重2.3万t重载列车在长大下坡段如何施加空气制动进行研究,提出相应的空气制动运用方法;同时,对该路段的节能策略进行研究,提出了相应的节能理论,并通过仿真分析验证其有效性。仿真结果表明:提出的空气制动运用方法能够有效保证30t轴重2.3万t重载列车在长大下坡段的安全运行,并能够提高发电量,节约能耗。     

27t及以下轴重混编列车纵向车钩力试验研究

为研究掌握既有线开行27t及以下轴重混编列车的技术性能,中国铁路总公司在山西中南部铁路通道组织了"既有线开行27t及以下轴重混编列车综合试验"。通过分析试验列车在紧急制动、常用全制动以及长大下坡道调速制动工况下的纵向车钩力及其变化规律,研究混编列车的车钩力特性,为既有线开行27t轴重混编列车提供技术支持。分析认为:在各种装载和编组条件下,试验中混编列车最大拉钩力913kN,最大压钩力1194kN,超过1 000kN的车钩力只出现过一次。由于参试的27t轴重货车制动率明显小于既有通用货车,使得混编列车紧急制动时可能出现较大的拉钩力。     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律.结果表明:正常情况下,4万～12万t超长重载组合列车编组长度对平...     

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。     

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。     

列车空气管系及副风缸充气特性数值仿真研究

利用有限体积法和改进的算子分裂法 ,以货物列车空气制动系统的充气特性作为对象 ,研究列车副风缸在列车充气作用时压力变化情况。建立长大列车空气管系的二维计算模型 ,对车辆制动系统的三通阀进行了合理的简化和等效计算后 ,研制了可完整求解货物列车空气制动系统充气特性的数值仿真程序。进行了 1万t和 2万t重载列车空气制动系统充气特性的数值仿真研究。将计算结果与有关试验数据进行了对比分析。本研究工作是进行货物列车空气制动系统研究的重要组成部分 ,可以为长大列车空气制动系统的试验研究和性能改进提供理论参考。     

40t轴重货车制动热负荷分析

增加轴重是重载运输提高运能的重要途径之一,然而轴重的增加对制动系统提出了更加严格的要求。采用数值方法,对40t轴重货车紧急制动和长大下坡道制动的车轮热负荷情况进行了模拟,对其温度场和热应力场进行了分析,基于制动热负荷对轴重40t货车车轮的强度进行了预测。结果表明紧急制动和长大下坡道制动最高温度均出现在车轮踏面处,其幅值分别为233℃和231℃;最大热应力分别出现在踏面和辐板外侧靠近轮毂处,其幅值分别为348MPa和252MPa。不同温度下的von Mises应力计算结果表明最大应力值均未超出材料的屈服极限。     

长大货物列车智能型电控空气制动动力学性能分析

针对货物列车智能电控空气制动系统，首先进行一维纵向动力学分析计算，然后取出列车中纵向力量大的车辆，并结合前后两辆车形成三车三维动力学模型，输入轮轨参数、制动力矩，利用ADAMS/Rail模块建立了动力学仿真系统并进行了动力学仿真分析，并和我国重载货物列车最常用120型空气制动系统进行了比较。通过一维纵向动力学分析，指出电控空气制动货物列车在制动距离、车钩力等参数上较120型空气制动机货物列车优良。电控空气制动车钩力和纵向加速度的变化均较小，且最大车钩力车位在整个制动过程中基本为压钩力，且制动力分布均匀，减少了列车纵向力，有利于重载货物车辆的运输安全和延长车辆的使用寿命。三维仿真分析表明，电控空气制动在脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体点头加速度等有关安全性的动力学性能指标上都远远优于传统的120型空气制动机。因此，无论从一维和三维动力学，列车智能电控空气制系统对货物列车制动性能及运行安全性都具有极大的改善。列车电控空气制动对于货物列车的制动具有极大的经济效益，是未来我国长大重载货物列车抽旧动系统的发展方向。     

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。     

2万t重载组合列车纵向冲动的影响因素及优化研究

通过对朔黄铁路2万t重载组合列车的运行试验数据进行分析,得出引起列车纵向冲动过大的具体原因和影响因素,主要为列车在长大下坡道缓解时再生制动力较大、长大下坡道缓解地点选择不当和列车在大坡道与小坡道过渡区间运行等,提出缓解纵向冲动的方案为优化列车再生制动力和调整缓解地点等措施.优化后现场实际应用情况表明,2万t列车在朔黄线...     

大轴重货车空气制动系统基本问题的探讨

提高轴重的货车大型化是重载列车的发展方向之一。我国重载贷车轴重从25t提升到27．5t，30t及以上，必然会对重载列车运行产生影响，特别是涉及列车运行安全的制动问题。以27．5t和30t轴重货车为主，从提高轴重的紧急制动距离、列车纵向力、制动黏着利用及其空重车调整压力等各方面讨论分析大轴重贷车制动能力的基本问题，并提出相关建议．     

2万t级重载列车的技术对策及其纵向力研究

列车纵向动力作用是重载列车运用的关键技术问题,为此对于2万t级重载列车必须应用无线同步控制技术和先进的机车车辆技术装备.根据大秦线2万t列车的试验和仿真研究结果,说明应用Locotrol(无线同步控制)技术改善列车制动性能主要是减轻列车纵向力的作用;并对不同编组重载列车长大下坡道循环制动和紧急制动的纵向最大压钩力进行比较.此外,还提出了重载列车紧急制动的最大纵向压钩力简化计算的验证研究结果.     

30 t轴重条件下轨道几何不平顺限速管理值研究

结合朔黄铁路开行KM96型30 t轴重重载列车试验,应用车辆-轨道耦合动力学理论和SIMPACK多体动力学软件,建立30 t轴重货车车辆仿真模型,研究不同轨道几何不平顺条件下的列车动力性能以及运营安全性能。基于国内铁路开展的30 t轴重列车动力性能试验,设置高低和轨向2种类型的轨道不平顺,结合现场测试结果对仿真模型进行了验证与优化,进而分析了30 t轴重重载列车在不同不平顺波长下的动力学响应,得出了轨向、高低、三角坑等轨道不平顺指标的敏感波长。研究列车在敏感波长为10 m时,直线、曲线上单项以及逆向复合不平顺条件下的动力学响应,结合30 t轴重列车运行安全性能指标的变化趋势,提出了30 t轴重条件下重载铁路轨道几何不平顺的限速管理值,其中高低26 mm,轨向22 mm,水平26 mm,三角坑18 mm,逆向复合不平顺19 mm。     

大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创新

大秦线是我国第一条双线重载电气化运煤专线,承担着全国铁路18%的煤炭运量。开行2万t重载组合列车涉及很多技术难题,采用LOCOTROL技术必须解决好"山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动"三大技术难题。铁道部先后安排60多项科研项目,自2004年起经过三个阶段、上百次试验,实现了大秦线开行2万t重载组合列车的技术创新、体系创新和运输组织创新,在运量和运输收入、装备水平等方面显著提高。     

我国铁路重载运输技术体系的现状与发展

中国重载铁路自20世纪80年代起,经过几十年的发展,构建起了以大秦铁路为代表的25t轴重重载运输技术体系;采用以25t轴重和谐HXD1和HXD2型交流传动八轴9 600kW为主的重载货运电力机车和C80系列运煤专用敞车,以及分布式无线同步控制等技术,创造了单条铁路年运量达4.45亿t的世界纪录。在此基础上,中国铁路近年来又开展了30t轴重重载铁路运输相关技术和开行3万t重载组合列车成套技术的研究,新研制出30t轴重的和谐HXD1F和HXD2F型交流传动货运电力机车以及C96和C96H型专用运煤敞车,在中南铁路采用了我国近年来研发的30t轴重重载工务工程技术和设备;通过进行3万t重载组合列车不同编组方式的仿真计算、列车静置试验和运行试验,基本确定采用1+1+1+1(推)编组方式开行3万t列车的方案是可行的;增大轴重和加大列车牵引重量是我国铁路重载运输技术的发展方向。     

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.     

重载铁路路基动荷载特征

通过朔黄铁路30 t轴重列车试验,分析重载铁路路基基床动荷载幅值和分布特征,研究重载列车与普通列车作用下路基动荷载的区别。研究结果表明:重载铁路路基动荷载与轴重基本呈线性关系,30 t轴重下平均值为59 kPa,最大值达到123 kPa,轴重从25 t提高至30 t,路基动荷载增大约20%;动荷载的影响分析须考虑前后车厢相邻转向架叠加的影响,重载列车邻轴距小,相邻转向架的四轴之间相互融合,路基动荷载纵向剖面基本上呈"矩形波"形态分布,普通车邻轴距较大,相邻转向架之间的叠加不明显。重载铁路路基动荷载特征的分析为重载铁路路基基床结构的设计和评估提供了重要技术支撑。     

2万吨重载组合列车长大下坡道过分相操纵技术探讨

以朔黄铁路2万吨重载组合列车运行试验数据为基础,研究列车在长大下坡道电分相区段运行时纵向车钩力受力和机车车钩偏转等状态,结合列车动力学性能,分析其影响因素,并提出优化列车操纵、降低列车纵向冲动的技术对策。