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。     

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.     

长大下坡区间货运列车周期性制动研究

针对货运列车在长大下坡道空气制动无法恒速且相邻两次空气制动之间需满足缓解再充风约束的特点,以司机实际操纵中普遍采用的50～70kPa减压调速为依据,建立货运列车的最优控制问题,研究其在长大下坡道上的最优操纵策略,基于极大值原理分析"全力制动-全电制动-全力制动"的周期性制动控制策略的最优性,以及列车入坡、出坡应满足的必要条件,提出长大下坡道及其相邻区间列车运行最优控制的数值求解算法。以SS6B型电力机车牵引50节重车进行仿真验证,结果表明:在准点的前提下,与模糊专家系统相比,采用的周期性制动策略能实现9.8%节能效果,证明本文算法正确、有效。     

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。     

采用回退法、迭算法优化牵引计算周期制动工况

当列车运行在长大下坡道上,通常采用空气制动的周期制动调整速度。为了满足两次空气制动间充风时间和列车空走时间的要求,常常会造成列车的出坡速度与下一坡段的限制速度速差不合理。针对长大下坡道上空气制动工况优化问题,采用工况初选策略自动计算到换坡点,然后进行进出坡检验。若列车的出坡速度不合理则采用不同的策略回退到回退基点,舍掉回退基点后的结果,将其前的结果作为计算的当前解,以此产生一个更优的新解,不断重复该过程直到出坡速度合理时停止迭代。最后得到的工况组合是优化的。     

列车管定压对列车制动性能影响仿真研究

我国货运列车一直使用500kPa和600kPa两种列车管定压,两种列车管定压带来列车管理和运用中的一系列问题,要求统一列车管定压呼声很高。但列车管定压对列车制动性能影响一直没有明确结论,因此统一列车管定压工作迟迟不能推进。使用基于气体流动理论的列车空气制动仿真系统,仿真分析了两种主管定压下重载列车的常用制动,紧急制动和常用制动后缓解的制动系统性能,系统的分析了列车管定压对列车制动和缓解性能的影响。计算结果表明,当常用制动减压量在140kPa以下时,主管定压600kPa时制动能力略强,约增强1.5%左右,其主要原因制动缸充风略快。当全制动时,主管定压600kPa比500kPa制动缸平衡压强高约74kPa,制动能力增强5.4%;主管定压600kPa时全制动减压量范围扩大,制动缸压强变化范围增大,列车调控能力更强。紧急制动时,定压600kPa制动能力比500kPa能力更强,制动距离缩短11.4%,主要原因是副风缸初压高,紧急制动后制动缸最终压力也高。常用制动缓解时,在制动系统漏泄较小时主管定压对列车再充风能力影响不大,但当制动系统漏泄较大时,列车管定压越高,再充风时间越长,在中度漏泄时,再充风时间约延长13.9%。     

列车制动准备距离的探讨

从自动空气制动机的缓解充风时间出发，提出列车制动准备时间和制动准备距离的概念。由于自动空气制同和直通工空气制动机的制动准备不同，因而产生的制动准备距离也不相同，这将影响确定闭塞分区长度和分级速度；文章最后提出在提速客车上利用双管供风的条件２适当的结构实现大幅度缩短空气制动机缓解充风时间的建议。     

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。     

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。     

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...     

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。     

货物列车充风过程中空气流量变化的试验研究

在货物列车制动系统充风过程中，列车管空气流量的变化可分为节流充风、稳态充风和漏泄补风（充满风）3个阶段。基于流体力学的理论，利用高精度气体流量计构成的数据采集系统，测量货物列车不同编组辆数、不同减压量条件下充风时列车管空气流量的变化过程。结果表明：根据机车上检测到的列车管空气流量可以准确判断出折角塞门的关闭位置，而依据列车管空气压力变化和充风时间则很难做到这一点；由于各车连接的制动软管的空气漏泄量各不相同，且空气漏泄流量又非常小，因此很难根据空气漏泄流量检测并判断列车的编组辆数。建议在机车上广泛安装使用由气体流量计构成的列车管空气流量智能检测装置。     

高速列车制动系统性能的探讨

从高速列车的特点出发，对列车制动系统缓解后的充风时间、电空制动控制方式、制动方式的配合和控制性能等进行探讨。着重探讨紧急制动距离以外的高速列车制动系统性能方面的问题。     

标准地铁列车供风系统技术参数统型分析

基于标准地铁车辆条件，对供风系统的总风工作压力和初充风时间两个关键顶层参数的统型开展了分析。通过仿真计算，对比了不同总风工作压力下列车制动次数的差异，分析了车辆编组、城市海拔高度等因素对列车初充风时间的影响。结果表明，总风工作压力提高将有助于增加制动允许次数，当其从750～900 kPa提高到800～950 kPa后，紧急制动次数增加1次，最大常用制动次数增加2次；海拔高度的增加、系统空压机停机压力的提高和空压机标称排量的增大均会导致列车初充风时间延长，而车辆编组的增加也会导致初充风时间延长，初充风时间顶层参数的统型不可一概而论，应区分不同海拔高度、不同车辆编组因素，文章对标准地铁总风工作压力及初充风时间指标统型提出了建议。     

长大坡道货运列车周期性制动下车轮温升分析

周期性制动是货运列车在长大下坡道运行时的一种常见操纵策略,该过程中车轮会因频繁抱闸而温度上升,过高的温度会危及行车安全。为提高列车运行的安全性,考虑列车周期性制动对热流密度和对流换热系数2个车轮温升关键因素的影响,基于ANSYS软件建立二维车轮"运动—温度"有限元分析模型。对比已有研究实验数据,模型的数字实验结果表明模型有效,且得到:在设定前提下,无电制动力损失时,车轮温度不超过350℃;1台机车电制动力损失和电制动力完全损失时,坡道分别超过-23.7‰和-12.5‰后车轮温度会超过400℃;减压量每增加10 kPa,车轮最高温度平均增加13.6℃;制动限速每降低5 km/h,车轮最高温度平均降低16.2℃。研究结果可为线路坡道设计及电制动失效后的运营组织提供参考。     

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...     

关于客车制动机保压时间的分析

通过对客车制动机漏泄指标、坡道制动能力、再充风时间、动力制动以及加装排气铰的影响等因素的计算分析,提出了客车制动机保压时间的建议值。     

高速铁路长大下坡地段列车运行速度相关问题研究

针对采用CTCS-2级列控系统的高速列车在已建成高速铁路长大下坡地段限速运行的问题,通过理论计算分析列车在长大下坡道上运行时坡度、列车运行速度、监控制动距离、闭塞分区长度以及列车追踪间隔时间之间的相互关系;结果表明这5个参数之间存在十分紧密的关系:下坡道越大越长、列车运行速度越高,监控制动距离就越长,要求的闭塞分区长度也越长;监控制动距离及闭塞分区越长,列车追踪间隔时间也越长;因此按照目前CTCS-2级列控系统的控车条件,在已建成高速铁路长大下坡地段要同时实现设计的列车运行速度和追踪间隔时间是困难的。进一步对CTCS-2级列控系统的参数配置进行分析,确定列控系统的线路坡度取整及计算的监控制动距离冗余过大也是导致高速列车在长大下坡地段限速和难以实现设计追踪间隔时间的重要影响因素。建议规范列控车载设备制动参数的取值及监控制动距离的计算方法,科学合理地制定列控系统的线路坡度偏安全侧取整及归档的标准。     

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。     

基于运输质量和运输能力的高速铁路长大坡道设置研究

针对我国西部地区高速铁路建设出现的长大坡道,从上坡对运输质量影响和下坡对运输能力影响两方面研究高速铁路的长大坡道设置问题。通过列车模拟牵引计算,研究250 km/h动车和350 km/h动车在15‰～30‰上坡道的运输质量下降情况,提出在困难艰险山区,长大坡道坡长设置可考虑动车组在大坡道上的运行速度不低于设计速度的70%。从最制约运输能力的列车到达间隔出发,分析长大坡道设置对列车到达间隔的影响,采用CRH380BK+CTCS3-300T车型车载,以250,300 km/h为制动初速,分别测算-15‰,-20‰,-25‰,-30‰理论连续坡道下的列车到达间隔。计算结果表明,若要满足5min的追踪间隔时间,或采取限速措施,或对大坡道的长度加以限制,基于CRH380BK+CTCS3-300T监控制动距离数据,给出列车运行限速和大坡道坡长设置的建议。研究表明,对于设计速度300 km/h及以上的高铁线路,大坡道长度设置建议维持原设计规范标准;对于设计速度250 km/h的高铁线路,30‰坡道长度建议不宜大于4 km,25‰坡道建议不宜大于5 km,20‰坡度建议不宜大于8 km。