大秦线开行2万t级重载列车的关键技术问题和对策

讨论大秦线开行2万t级重载列车在机车车辆方面的关键技术问题，为此必须应用无线同步控制技术和先进的机车车辆技术装备。文中根据大秦线2万t列车的试验和仿真研究结果，提出大秦线安全开行2万t重载组合列车的技术对策和建议。     

依靠科技 自主创新 当好拉动电煤运输火车头

实施重载技术装备现代化，为扩充大秦线重载运输能力创造了有利契机。湖东电力机务段按照部、局重载增运战略部署，从解决大秦线日运量100万吨对人员素质、机车质量、列车操纵等制约性难题着手，坚持修护用同步推进，段厂校联合攻关，管控考三措并举，努力提升重载牵引技术驾驭能力，为大秦线运输增量提供了可靠运力保障。目前，大秦线日均开行万吨列车66对、两万吨列车30对。     

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.     

大秦线正式开行2万t重载列车

为适应铁路跨越式发展需要，进一步挖掘大秦线运输潜力，大秦线尝试开行2万t列车。最早从2004年11月份开始铁道部就在大秦线多次进行了2万t列车的静态和动态试验，并最终取得了较为满意的结果。2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载列车。     

重载组合列车纵向性能的影响因素分析

介绍2004年以来大秦线开行的5种典型编组方式重载列车,比较了不同编组方式列车纵向力的大小,并分析了列车编组方式对纵向力的影响;同时结合试验数据,对其他关键因素比如Locotrol同步作用时间、机车制动机性能、货车关键技术以及列车操纵方式等对重载列车纵向力的影响进行了分析,并从减小纵向力的角度提出了3种2万t列车编组方式。试验及运用实践表明:目前我国的货车制动可以满足单元万吨货物列车的制动要求,而对于更大编组的长大列车,宜采用机车动力分散布置的组合列车。组合列车中从控机车的布置位置是影响组合列车制动性能和列车纵向力的最主要因素之一,应对其进行详细研究。     

3万t重载组合列车试验及优化操纵建议

大秦铁路在既有机车、车辆装备条件下,首次对采用Locotrol同步操纵系统开行的3万t重载组合列车进行了试验研究,列车牵引质量创造了我国重载试验新纪录。基于试验测试结果,对3万t重载组合列车的制动性能、正常运行工况下的纵向力大小及分布情况以及影响车钩力的主要因素进行分析,并结合分析结果提出3万t重载组合列车操纵优化建议,对深化研究3万t重载组合列车综合性能和后期常态化开行具有一定借鉴意义。     

大秦线开行9500吨级组合重载列车的研究与试验

通过对9500t级组合重载列车的静置和运行试验数据的分析与研究,论证在大秦线开行9500t级组合重载列车的可行性,提出开行组合列车应具备的必要技术条件及操纵原则,同时可作为完成大秦线1.5亿t年运量,满足大秦线扩能改造需要的过渡性运输方式,也为2万t重载列车的开行提供参考依据.     

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。     

大秦线3万t列车仿真计算与试验验证

为实现中国铁路重载运输技术再创新,同时为大秦线进一步增加运量进行技术储备,中国铁路总公司决定在大秦线组织进行3万t组合列车试验,对大秦线(含北同蒲线)在既有设备条件下首次采用Locotrol同步操纵系统开行3万t重载组合列车的牵引方式、安全性、运行品质、可行性等方面进行探索性试验研究。试验并开行3万t列车是一项庞大的系统工程,涉及机车车辆、通信信号、工务工程、牵引供电、运输组织等多方面内容,中国铁路总公司按照循序渐进、积极稳妥的推进原则,首先进行了不同编组方案3万t列车的仿真计算,并结合以往2万t列车试验和开行的成功经验,优选出了3万t列车试验编组,然后对优选的编组依次进行了静置试验和线路运行试验,最终于2014年4月2日成功进行了3万t列车运行试验[1]。     

快速发展的中国铁路重载运输

目前，中国铁路重载运输技术达到了世界先进水平。在京哈、京沪、京广、陇海、侯月等主要干线普遍开行了5000吨至6500吨货物列车，扩大了运输能力。建立和完善大秦铁路集疏运体系，采用先进的机车同步操纵技术和大吨位货车制造与使用技术，在世界上首次实现机车无线同步操纵技术与GSM-R技术结合，中国铁路重载运输技术水平得到大幅度提升。大秦铁路大量开行1万吨和2万吨重载组合列车，运量由2002年的1亿吨，增长到2007年的3亿吨，创造了世界铁路重载运输的奇迹。不仅如此，大秦铁路的目标还在不断提升，将来会达到3．5亿吨或者4亿吨，这些成就吸引了来自世界的目光。由于中国铁路技术政策的重要内容之一就是发展重载铁路，因此与世界上一些铁路重载技术发达的国家进行交流与探讨变得尤为重要。正因如此，2007年9月份在北京召开的铁路重载运输装备技术专题交流会受到了业界人士的普遍关注。     

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。     

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...     

TD-LTE技术构建朔黄铁路宽带移动通信系统可行性研究

朔黄铁路3.5亿吨扩能改造后,需开行2万吨重载列车,既有无线通信系统无法满足机车同步操控的业务需求。研究了朔黄铁路宽带移动通信的业务需求,并对适用于业务需求的移动通信技术进行了分析和论证。通过朔黄铁路40km试验段的测试验证,表明TD-LTE技术作为新一代通信技术,适用于构建朔黄铁路宽带移动通信系统。     

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。     

基于改进的Newmark-β法重载列车车钩纵向力仿真研究

重载列车运行过程中过大的车钩纵向力一直是制约重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是产生列车纵向冲动的根源,导致车体挤压车钩形成车钩力。传统的经过制动特性试验采集车钩力的方法耗时耗力,为了经济地获取重载列车在不同线路上运行时车钩力的大小,将Newmark-β法应用于重载列车车钩纵向力的仿真分析中。由于列车纵向动力学方程是非常复杂的非线性方程,传统方法为了保证计算精度而采用大量迭代运算,耗时长效率低。基于增量思想改进Newmark-β法,通过引入预测解直接对非线性方程进行处理,然后对预测解进行校正,最终得到收敛的近似解。算例结果表明,改进算法在保证了计算精度的同时计算效率更高,更适用于长大编组重载列车车钩纵向力的仿真计算和分析。     

长大列车空气管系充气特性数值仿真研究

应用现代流体动力学数值计算方法,以长大货物列车空气制动管系的充气特性作为研究对象,研究列车编组辆数、管系组成、管系泄漏等因素对列车管充气压力的影响和沿列车管长度方向的充气压力分布情况。建立了考虑列车管泄漏的连续性方程,给出一种求解压力速度耦合方程的显式有限差分算法。将计算结果和国内外长大列车充气特性的有关试验数据进行对比分析。研究工作为长大列车制动作用的试验研究提供理论参考,并为研制完整的货物列车空气制动系统奠定了基础。     

大秦线重载组合列车的LOCOTROL技术应用研究

分析大秦线2万t重载组合列车采用LOCOTROL技术的运用情况。介绍了LOCOTROL装备的工作原理,结合大秦线有关试验、计算和运行情况,分析不同编组的2万t重载组合列车动力学性能。讨论LOCOTROL装备的延迟时间对重载组合列车性能的影响,针对大秦线开行2万t重载列车的安全问题提出建议和对策。     

5 000吨重载列车系统动力学分析

为分析5 000 t整列式重载列车各项动力学指标是否符合安全性的要求，选择兰新铁路武嘉段线路条件较复杂的金昌至玉石区间两处电力分相附近的四处线路进行分析。运用多体动力学软件，建立，5 000 t货物列车模型，对比分析了列车纵向，横向，垂向的动力学性能，就列车速度对安全性指标的影响进行分析。分析结果表明，5 000 t整列式重载列车在兰新线重点区段以80 km/h以下的速度运行是安全的。     

重载组合列车机车智能制动仿真研究

针对目前在复杂线路上动力分布式重载组合列车机车制动的不足,提出了一种新的机车智能制动控制方法,该智能制动控制方法能按照制动时机车所处轨道状况及机车车钩力大小对机车电制动进行相应的模糊控制。在介绍重载组合列车动力分布式系统基本原理及特点的基础上,依据列车纵向动力学理论,在MATLAB/SIMULINK中建立了2万吨组合列车仿真模型。仿真结果从理论上证明了,与现有机车制动方式相比,该机车智能制动控制方法能减小组合列车最大车钩力,提高组合列车运行安全性。