重载铁路CTC技术优化与应用

大秦线是国铁Ⅰ级货运专线铁路,其行车密度大、股道长、坡度大、站场结构复杂、列车重联同步操控等特点,决定了CTC系统在选择接发列车排路时机时必须适当,才能保证行车安全。随着大秦线运量的逐年攀升,车务部门对调度集中智能化、自动化方面提出了更高需求。通过深入分析,在既有CTC系统基础上,对重载铁路列车运行图智能调整、列车进路安全卡控、列车信息丰富显示等五大类23项功能进行深度优化和系统升级,有效地减轻了作业人员劳动强度,提升了工作效率,卡控了作业安全,为重载线路运输组织模式不断优化调整提供了先进的技术手段,实现了CTC系统在重载铁路上新的突破。     

结合迭代学习和模型预测的重载列车运行控制

为实现重载列车单次行程的高鲁棒高精度轨迹跟踪,根据列车纵向运动特性,构建重载列车多质点的动力学模型;基于利用批次化的运行过程积累控制经验,结合迭代学习和模型预测控制方法设计1种增强抗扰的重载列车跟踪控制器,将重载列车动力学模型转化为基于模型预测控制框架下的线性二次型最优控制模型,用二次型最优控制的速度和位置状态反馈增益表示迭代学习增益,利用批次化积累的控制经验不断提高跟踪性能,实现单次行程的滚动时域优化,提升轨迹跟踪的鲁棒性和精度;对某货运专线上的2万t重载列车进行跟踪控制仿真,分别从时域稳定性和迭代收敛性验证该控制器的稳定性。结果表明：结合迭代学习和模型预测控制方法能够很好地利用重载列车系统操纵重复性特征并实现全程跟踪控制,较传统控制方法跟踪效果更好并能有效降低列车纵向冲动,同时能够动态响应非重复性扰动,满足重载列车运行控制要求。     

一种用于重载列车纵向动力学仿真的变步长积分算法

目前列车纵向动力学仿真的积分算法多以Newmark-β法为基础的固定步长算法为主,但随着列车编组数量增加以及工况变化,固定步长算法难以获得最佳的计算效率。基于此,文章采用显式预测-隐式迭代校正的方法,在Newmark-β法的基础上,通过限制迭代次数的方法变化步长,将其演变为一种变步长的积分算法。通过算例验证了变步长算法在动力学方程解变化剧烈的时候具有更高的计算精度,将该算法应用至1万t单编列车的全制动停车工况的纵向动力学仿真,结果表明,相较于其他算法,变步长的积分算法在保证精度的同时计算效率更高。     

重载列车作用下隧底结构动力响应分析

重载列车作用会导致铁路隧道基底结构动力响应不断增大,从而使基底结构产生破坏。采用数值模拟方法,建立单、双线隧道-围岩耦合计算模型,对重载列车作用下单、双线隧道动力响应随深度变化规律进行研究,对列车轴重、行车速度和填充层厚度对隧底结构动力响应特性的影响规律进行计算分析。结果表明：隧道横断面上的拉应力沿深度方向先增大后减小,在初支部位达到峰值,单线隧道轨下断面为最不利断面,双线隧道中线断面为最不利断面;随轴重增加,隧底仰拱各特征点竖向位移及填充层最大主应力响应均呈现线性变化趋势;随列车速度增加,各特征点竖向位移略有增大,但幅值变化不大;随填充层厚度增加,隧道仰拱最大加速度及最大主应力均呈减小趋势。     

“柔基强面”共振碎石化路面结构在港区市政重载道路的应用

通过“柔基强面”共振碎石化路面结构在一条港区市政重载道路的实际应用,分析“柔基强面”共振碎石化新型路面结构在港区市政重载道路工程设计应用技术的难点问题及解决办法,并总结了港区市政重载道路采用“柔基强面”共振碎石化新型路面结构的适用性及和现有规范体系很好结合的设计方法和控制要点。对于该路面结构的相关设计应用推广,具有一定的借鉴和参考价值。     

大数据在铁路机务系统中的应用

随着铁路机务系统信息化程度的日益加深及机车数据采集能力的增强,大量的有关机车控制系统和部件的工作信息数据被记录和存储,使得大数据技术在铁路机务领域里的应用成为了可能。文章以我国朔黄铁路机务信息化现状为基础,探讨了机务大数据平台的构建、作用及创新;并通过远程监视与下载、故障诊断、智能分析、电子地图和视频监视等系统的应用,彰显了大数据在提升机车运用效率和质量、降低机车运行成本方面的价值。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律,采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径,并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%,表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下,裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈,裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小,因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位; 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显,而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

考虑打磨量的重载钢轨打磨廓形优化设计

为在重载钢轨打磨廓形优化设计中最小化钢轨打磨量,建立了打磨量的钢轨廓形对齐及计算方法,设计以轮轨磨耗指数、轮轨接触应力以及钢轨打磨量为优化子目标的综合优化评价模型,并对不同优化策略的优化结果进行了分析. 首先,通过矩阵旋转变换、曲线拟合及样条插值等理论建立钢轨廓形自动对齐算法,并计算目标廓形打磨量;其次,考虑轮轨磨耗指数、接触应力以及钢轨打磨量,建立综合优化目标函数,采用遗传算法并联合车辆轨道动力学仿真模型求解优化钢轨打磨廓形;最后,运用所建立的钢轨廓形优化设计模型计算分析不同优化策略的设计结果. 研究结果表明:同时考虑轮轨磨耗、轮轨接触应力和钢轨打磨量,优化后曲线外、内轨廓形平均磨耗指数相比初始廓形下降68.9%,内轨接触应力下降39.1%,打磨量下降21.8%,优化效果最佳;只考虑轮轨磨耗和接触应力时,优化后曲线外轨廓形磨耗指数和内轨接触应力下降较为明显,但打磨量下降速率相对较慢,仅为11.3%;只考虑打磨量时,优化后钢轨廓形打磨量下降最快,为24.4%,但轮轨接触应力显著变大.