低碳背景下快捷货物各运输方式间临界运距研究

快捷货物运输需求的增加带来碳排放的激增，运输结构调整和技术进步是交通运输领域碳减排的主要方式。为分析快捷货物各运输方式间的竞争关系及临界运距，基于Logit模型构建包含经济性、时效性、稳定性、安全性、便捷性及绿色性等服务属性的市场分担率模型，基于分担率模型构建各运输方式间临界运距-高铁时速关系模型，并通过实例分析验证模型。实例结果表明：250 km·h^-1时速下，高铁快运的绝对优势运距范围为700～1500 km，优势运输时间为2.8～6.0 h，考虑碳排放因素时，600 km及以上运距均为高铁快运的绝对优势运距区间，优势运输时间为2.4 h及以上；碳排放权重系数每增加0.1，高铁较公路的绝对优势运距区间左边界会扩大100 km;200,250,300,350 km·h^-1这4种时速下，250 km·h^-1的公路-高铁临界运距提升率最大，较200 km·h^-1提升50%；当航空快运碳排放因子降低1/2时，其优势运距范围左边界会扩展23%。     

高速公路超高过渡段几何线形对小型客车滑水速度的影响

为了揭示高速公路不同超高过渡段线形指标下小型客车滑水速度变化规律,考虑小型客车滑水过程轮胎受力特征,分析了滑水速度与水膜厚度和超高过渡段几何线形的作用关系;应用多元线性回归和流体力学仿真建立了高速公路超高过渡段小型客车滑水速度量化模型,计算了降雨强度、纵坡坡度、超高渐变率等多变量组合下的小型客车临界滑水速度;以典型双向四车道高速公路超高过渡段为例,分析了降雨强度、纵坡坡度、超高渐变率对小型客车滑水速度的影响规律,并给出了超高过渡段小型客车限制速度建议值。研究结果表明：小型客车滑水速度最大值出现在纵坡坡度为0.3%、超高渐变率为1/200、降雨强度为20 mm·h^-1组合工况下,为115.5 km·h^-1,滑水速度最小值出现在纵坡坡度为3.0%、超高渐变率为1/330、降雨强度为80 mm·h^-1组合工况下,为99.3 km·h^-1;在降雨强度和超高渐变率一定的情况下,随着纵坡坡度增大,滑水速度逐渐减小,当纵坡坡度由0.3%增加到3.0%时,滑水速度减小2.68%;在降雨强度和纵坡坡度一定条件下,随着...     

铁路集装箱旅客化运输系统开行方案研究

针对铁路集装箱旅客化运输系统开行方案编制问题,采用基于备选集的优化方法,同时结合货物运输组织特点,规定了箱流物理径路和运输方案的唯一性.在考虑箱流守恒、箱流换乘、箱流运到期限,以及列车开行频率等约束的基础上,以运输企业成本最小化为目标,建立了整数线性规划模型,并设计模拟退火求解算法.最后,构建运输网络进行案例分析,验证了模型和算法的有效性.研究结果表明,与现有货物运输系统相比,新型集装箱系统充分发挥了网络运输的优势,在列车开行频率、货物送达速度和运到期限方面表现更加优异,但同时牺牲了部分列车“上座率”.     

超高速公路三波护栏安全性碰撞仿真

从超高速公路三波护栏防护性能角度出发，运用有限元软件HyperWorks和LS-DYNA进行联合仿真。分别以100～180 km·h^-1为碰撞速度、5°～20°为碰撞角度，以护栏最大动态变形量和吸能量、汽车的驶出角和合成加速度为评价指标，对三波护栏的防护性能进行考量。研究结果表明：随着碰撞速度和角度增加，护栏吸能占比曲线呈先增后减再增趋势，波形梁是护栏的主要吸能部件。碰撞速度为160 km·h^-1、碰撞角度为20°时，护栏最大动态变形量为880.2 mm,超出750 mm安全值；碰撞速度为140 km·h^-1、碰撞角度为20°时，车辆驶出角为12.16°,超过驶入角的60%,对临近车道车辆造成不利影响，车辆合成加速度峰值为33.05 g,大于安全值20 g。该三波护栏用于设计速度低于140 km·h^-1的超高速公路，防护性能满足安全评价标准。     

典型高速公路路线运营油耗模型——以四川雅康高速为例

为建立更精确的高原高速公路路线运营油耗模型,以雅康高速为例,对改装油耗仪的小汽车进行实地油耗测量,并对所得油耗数据进行分析。研究发现：油耗主要与速度和纵坡坡度有关,其中油耗与速度成二次关系,与纵坡大致成正比例关系;1.6 L小排量轿车最佳经济车速约为90 km·h^-1,雅康高速设计时速为80 km·h^-1,说明雅康高速设计具有良好的燃油经济性;纵坡率每增加1%,小汽车相应油耗增加约1.4 L·(100km)^-1。以此建立油耗与速度成二次关系、与纵坡成一次线性关系的油耗综合模型,通过对比分析,验证该模型具有良好的适用性。     

高速列车滑模自抗扰黏着控制方法

为解决高速列车运行过程中因轨面情况改变，导致列车没有达到最大黏着利用而出现空转或滑行等问题，设计了一种基于最大黏着系数的滑模自抗扰(SM-ADRC)黏着控制器；考虑轮轨间黏着特性的复杂、时变与非线性等特点，基于黏着机理分析，建立了轮轨间牵引系统的力学模型；采用极大似然估计(MLE)方法对不同轨面的相关参数进行辨识，计算了当前轨面的最大黏着系数，保证列车始终能达到最大黏着利用；通过引入滑模算法改进了自抗扰控制(ADRC)中非线性误差反馈控制律部分，设计了一种SM-ADRC黏着控制算法，利用Levant跟踪微分器减小初始跟踪误差，利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿系统总的外部扰动，由滑模控制提高系统的鲁棒性；采用MATLAB软件对CRH380A型高速列车进行仿真，在轨面情况改变时，由SM-ADRC黏着控制器控制列车跟踪设定速度，并将其与比例积分微分(PID)控制器、滑模控制器、ADRC的仿真结果进行对比。仿真结果表明：干燥轨面的最大黏着系数是0.160,16 s时辨识出真值；潮湿轨面的最大黏着系数是0.106,18 s时辨识出真值；ADRC的速度跟踪误差范围为±1 km·h^-...     

400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

基于中国高速铁路进一步提升运营速度的需求，系统研究了400 km·h^-1高速道岔号码选型与结构优化方法；基于车辆-道岔耦合动力学仿真，分析了道岔号码与平顺性的关系，并给出了号码选型建议；研究了道岔线型对动力学性能的影响，并考虑既有岔枕通用原则，提出了线型优化方案；建立了客专线18号道岔尖轨转换原型试验平台，研究了尖轨不足位移的影响因素与影响机制，提出了尖轨不足位移的控制方法；基于有限元理论，建立了道岔区轨道刚度计算模型，结合岔区钢轨动位移现场实测数据，提出了岔区轨道刚度目标取值与均匀化方案。研究结果表明：在现有车站布置方案条件下，400 km·h^-1高速道岔仍建议选择18号道岔；将400 km·h^-1高速道岔相离值增大至28 mm,可显著提升耐磨性能与使用寿命，也可实现岔枕通用；综合考虑系统匹配设计、制造工艺、工电结合要求等多方面因素，建议将第三牵引点至固定端距离减小600 mm,可减小尖轨不足位移，同时最小轮缘槽和第三牵引点牵引力符合规范要求；建议改进高速道岔辙叉结构设计方法，根据实际受力确定心轨弹性变形状态，在此基础...     

列车节能运行目标速度控制优化研究

探讨了城市轨道交通列车节能运行控制问题,提出了一种分段目标速度控制策略,将目标速度的大小、调速范围和里程范围作为控制参量,建立了定时约束下的列车节能运行优化模型.设计了一种双重惩罚机制的实数编码遗传算法求解模型,对列车晚点和非节能方案进行惩罚以提高算法收敛速度.仿真分析表明,该方法得到的目标速度控制方案较好地适应了线路条件,有效地避免了列车在下坡道的制动调速,与启发式算法得到的运行结果相比,案例中不同富裕时分程度下的优化方案平均节能率22.2%.     

强降雨环境下高速列车空气动力学性能

为研究强降雨对高速列车空气动力学性能的影响, 利用Euler-Lagrange方法建立了强降雨环境下高速列车空气动力学计算模型; 空气建模为连续相, 采用Euler方法描述, 雨滴建模为离散相, 采用Lagrange方法描述, 并采用相间耦合方法对降雨环境进行模拟; 分别开展列车气动性能计算及雨滴降落仿真, 并与试验数据进行对比, 验证计算方法的准确性; 数值仿真了强降雨环境下高速列车的流场结构和气动特性。计算结果表明: 随着降雨强度的增加, 在雨滴的冲击作用下, 流线型头型前端区域的正压逐渐增大, 流线型头型后端区域的负压逐渐减小, 从而导致头车气动阻力增大; 降雨强度对高速列车头车气动阻力系数的影响较为显著, 而对气动升力系数的影响较小; 与无降雨环境相比, 当降雨强度为100~500 mm·h-1时, 200 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.004 0~0.020 4, 气动阻力增加85~432 N, 增大率为2.64%~13.46%;300 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 7~0.013 7, 气动阻力增加129~652 N, 增大率为1.78%~9.05%;400 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 3~0.009 8, 气动阻力增加195~829 N, 增大率为1.52%~6.49%, 因此, 不同车速下, 气动阻力系数随着降雨强度的增加而增大, 且与降雨强度近似呈线性关系; 当车速为300 km·h-1, 降雨强度为100 mm·h-1, 雨滴粒径由2 mm增加为4 mm时, 气动阻力系数由0.152 0增大到0.154 9, 气动阻力增加138 N, 增大率为1.91%, 因此, 高速列车气动阻力系数随着雨滴粒径的增加而增大, 且与雨滴粒径近似呈线性关系。      

城市轨道交通多编组列车开行方案优化研究

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以 乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间 隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并 设计两阶段求解算法.案例分析表明：与传统单一编组列车开行方案相比,基于多编组的 轨道交通列车开行方案使乘客等待时间和车公里数分别减少17%和27%,列车运行小时 增加20%;当客流不均衡系数大于1.48时,宜采用多编组运输组织方式.     

基于小偏置碰撞车辆前端结构的改进设计

为提高小偏置碰撞下整车的耐撞性,对某微型电动车前端结构进行了优化设计。在可操作空间延长防撞横梁长度的20%,在前纵梁新增>形结构件,并对整车进行64 km·h^-1正面小偏置碰撞工况仿真分析。改进后前纵梁吸能量提高了128.4%,整车吸能量提高了26.3%,乘员加权综合损伤值降低50%。     

风屏障的突风效应对桥上列车走行性的影响

为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式（通长和非通长）时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析. 研究结果表明:设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提高,突风效应造成的加速度响应总体上增大,呈明显的非线性变化.      

城市轨道交通车厢内拥挤成本的估计方法

应用离散决策分析法与条件价值法, 设计了双边界二分式调研问卷, 计算了考虑拥挤度的轨道交通出行总成本;通过延长车厢内乘客出行时间的方式来换取车厢内乘客密度的减少, 从而得到车厢内不同拥挤度下的等价出行效能;通过调研得到乘客对两轮投标的选择概率;分别采用双变量Probit估计量和随机效用估计量来推断时间边际负效用的标准化值, 得到时间乘数, 进而估计乘客的延时意愿和支付意愿;基于2015~2016年北京地铁1号线和5号线具有代表性的15个车站站台调查获得的数据, 对轨道交通车厢内6种拥挤度下的时间乘数进行线性回归分析。研究结果表明:车厢内的乘客密度和时间乘数存在线性关系, 而改善后的车厢内拥挤度和广义成本呈反比例关系;出行者支付意愿随车厢拥挤度的减少而增加, 当车厢拥挤度由5人·m-2改善为4人·m-2时, 早、晚高峰时段的支付意愿分别为1.58元和3.02元, 当车厢拥挤度由5人·m-2改善为3.5人·m-2时, 早、晚高峰时段的支付意愿分别为2.47元和4.99元, 因此, 晚高峰时段出行者的平均支付意愿达到早高峰时段的2倍左右, 不同时段出行者对改善拥挤度的支付意愿存在显著差异。      

高速列车隧道车内外压力变化的实车试验

基于350 km·h^-1中国标准动车组在大西高铁科学试验段的实车试验，结合压力保护阀工作状态，研究了列车通过试验段全程的车内外压力变化特征，分析了隧道长度、线路坡度、隧道群和列车速度对车内外压力变化的影响；针对EN 14067-5—2010中实车试验最大压力变化量的估算方法和TB/T 3250—2010中“整车车内可构成一个气压密封舱”的条文进行了实测数据验证，研究了整车气密效率的变化特征以及其与车内压力舒适性的关系。分析结果表明：EN 14067-5—2010中车外压力峰值计算方法得出的结果与实测数据存在较大差异，对其中列车和隧道壁面摩擦导致压力变化进行变量替代修正后的计算与实测差异明显减小；在压力保护阀关闭状态下，列车通过大坡度隧道后车内外长时间保持较大压力差；车厢内端门、风挡通过台门、司机室门的关闭几乎不存在气密性效果，整列车内贯通空间可视为一个气压密封舱；头车端和尾车端进入隧道引起的压力变化以及空气与列车和隧道壁面摩擦引起的压力变化与列车速度的平方成正比；整车气密效率随隧道长度的增大呈减小趋势，且其减小会带来车内人员耳部不适的问题。研究成果可为进一步认识高...     

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819...     

列车一维碰撞能量管理的综合评价模型

为了更科学全面地对列车碰撞能量方案进行配置和评价,以列车最大平均加速度、最大瞬时加速度和能量利用率为评价指标,利用序关系分析法和熵值法得到的主、客观指标权重推导出更加合理的综合权重系数;采用非线性加权综合法融合权重信息和评价指标信息,获得了列车一维碰撞能量管理综合评价模型;采用此模型对某型列车的15种能量配置方案进行综合评价. 研究结果表明:此模型综合评价结果与各指标性能变化幅度分析结果一致,具有较好的适用性和可靠性;方案4为最优方案,其最大瞬时加速度指标性能比方案8下降14.03%,但最大平均加速度指标性能和能量利用率指标性能分别比方案8提升了4.92%和19.44%;该结果既体现了对安全性影响最大的最大平均加速度指标的重要性,又综合考虑了与经济性相关的能量利用率指标.      

基于收费数据的高速公路运输量指标特征

基于2017年中国高速公路联网收费系统数据库, 辅以典型收费站抽样调查, 分析了中国高速公路网运输量指标的结构性特征。分析结果表明: 2010~2017年高速公路车辆总行驶量持续增加, 其中2017年总行驶量为6.80×1011 veh·km, 客、货车行驶量分别为4.70×1011、2.10×1011 veh·km; 2017年高速公路客运量为229.65亿人次, 周转量为16 886.05亿人·km, 平均行程为72.96km, 运输密度为1 257.47万人·km·km-1, 分别较2016年增长了11.72%、9.13%、3.07%、4.21%;营业性客车完成的旅客周转量为5 055.71亿人·km, 同比增长了1.76%;Ⅰ型客车流量在客车总流量中的比重为95.70%, 其客运量和旅客周转量都保持快速增长态势, 客运量为165.28亿人次, 旅客周转量为10 862.80亿人·km, 较2016年分别增长了15.25%和11.60%;2017年高速公路货运量为170.45×108 t, 周转量为287.05×1010 t·km, 平均运距为167.89km, 运输密度为2 138.32×104 t·km·km-1, 分别较2016年增长了15.33%、16.17%、0.42%、11.37%;2轴货车流量最大, 占高速公路总货车流量的41.14%;货车的空车走行率为26.81%, 省内与跨省运输货车空车走行率分别为43.80%、15.67%。高速公路运输总体指标在2017年稳中有升, 货物运输量、货物种类、货物价值是货物运输经济结构调整的效果集中体现。      

列车交会篷布气动力分析

为解决目前一车苫盖2张货车篷布(简称X型篷布)存在的严重兜风现象与货物湿损问题,并检验新型篷布(简称D型篷布)的使用效果,基于不同装载与加固方案,通过实车试验,针对D型篷布与X型篷布在有绳网和无绳网12种情况下,测试了列车交会压力波和货车蓬布绳索拉力。测试结果表明:当80～120km·h-1速度下的货车与200～210km·h-1速度下的动车组交会时,动车组上感受的最大压力波幅值仅为577Pa,货车感受到的最大压力波幅值为715Pa;绳索最大值为1055N,出现在无网X型篷布的角绳上,满足相关规定要求;没有苫盖篷布绳网时,2种篷布兜风现象均较严重,同等速度下无绳网X型篷布逆向压缝篷布绳索拉力比顺向压缝的大40%左右;篷布绳网在降低篷布绳索气动力中发挥了重要作用,大部分工况下无绳网篷布绳索受到的气动力比有网的大50%～80%。可见,在相同工况下,D型篷布比X型篷布使用性能优良。     

面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行仿真研究

城市轨道交通是解决城市交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式,其高峰期客流激增且客流时空分布不均,而面向虚拟连挂的城轨列车动态灵活编组和群组追踪运行能有效满足复杂多变的城轨运营需求。本文剖析面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行过程,给出虚拟连挂列车群组最小安全追踪距离计算公式;以单列标准车长的线路路段为一个元胞单元,设计速度及位移更新规则,构建基于元胞自动机的城轨列车群组追踪运行仿真模型;以某市地铁2号线为背景,多角度仿真刻画面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行性能。仿真结果表明：面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行模型能有效缩短列车最小安全追踪间隔时间,城轨线路通过能力较移动闭塞制式提高78.4%;头车延迟引起的后续列车晚点总数量及总晚点时间更小,呈现出更佳的抗干扰性与恢复性能,且宜采用小编组列车实现虚拟连挂;动态混合编组的城轨列车群组追踪运行性能最佳,单一小编组的次之,大编组列车群宜在小编组列车群前面运行;城轨列车群组旅行速度总体上与平均站间距呈正相关;当列车发车间隔大于延迟时间时,平均站间距对列车群组的延迟影响不敏感,相反,则影响较为显著。研究结论能够为面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行决...     

现代无轨列车横摆稳定控制策略

为改善现代无轨列车车体横摆稳定性和路径跟踪性能较差的问题，基于拉格朗日方程建立车辆动力学模型，分析了液压杆刚度对车辆转向性能的影响；为解决方程中含有未知约束力，导致其定量关系无法求解的问题，以横摆角速度误差和轨迹跟踪误差为优化目标，采用遗传算法离线优化了刚度参数，并利用函数插值方法在线预测，得到了不同车速、不同前轮转角下的最优液压杆刚度；为提高车辆轨迹跟踪性能，将横摆角速度跟踪误差与轨迹跟踪误差作为评价车辆横摆稳定性的标准，定义了车辆行驶过程中各个轴的侧向误差与航向角误差，基于滑模控制(SMC)算法设计了车辆横摆运动控制器，计算了期望横摆角速度，并进行了稳定性证明和稳态误差分析；由比例积分(PI)控制器计算分配到各个驱动轴的车体横摆力矩，并在U型弯路径上进行了仿真与试验。研究结果表明：车辆稳态转向时，液压杆刚度与车速、前轮转角直接相关，且在任何情况下，连接模块前部液压杆刚度一定大于后部液压杆刚度，车速在22 km·h^-1左右时最优液压杆刚度最小；车速大于22 km·h^-1时，速度越大，最优液压杆刚度越大，且前部液压杆刚度变化率明显大于后部；车...