长大重载列车系统动力学_池茂儒
第11卷 第3期2011年6月
交通运输工程学报
Journal of T raffic and Transportation Engineering
Vol .11 No .3Jun .2011
收稿日期:2011-02-01
基金项目:国家973计划项目(2007CB714700);国家自然科学基金项目(50705079,50975238);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET -10-0664);铁道部科技研究开发计划重点项目(2010J 003-E )作者简介:池茂儒(1973-),男,四川通江人,西南交通大学研究员,工学博士,从事车辆动力学研究。
文章编号:1671-1637(2011)03-0034-07
长大重载列车系统动力学
池茂儒1,蒋益平2,张卫华1,王 勇1
(1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都 610031;2.昆明中铁大型养路机械集团有限公司,云南昆明 650215)
摘 要:利用循环变量法解决了长大重载列车的自由度难题,考虑了列车纵向、横向和垂向性能之间的耦合关系,建立了长大重载列车三维空间耦合动力学模型,分析了牵引、制动和惰行工况下的长大重载列车在直线轨道、曲线轨道和坡道上的动力学性能。仿真结果表明:在牵引工况下,列车头部和尾部车辆比列车中部车辆的动力学性能差;在制动工况下,列车中部车辆比列车头部和尾部车辆的动力学性能差;在惰行工况下,列车不同位置车辆的动力学性能差别较小;在曲线轨道上,3种工况对列车动力学性能影响最大,所以应尽量以牵引、制动工况通过直线轨道,以惰行工况通过曲线轨道。
关键词:铁道车辆;重载列车;系统动力学;牵引工况;制动工况;惰行工况;循环变量法中图分类号:U270.11 文献标志码:A
System dynamics of long and heavy haul train
CH I M ao -ru 1,JIANG Yi -ping 2,ZH ANG Wei -hua 1,WANG Yong 1
(1.T raction Pow er S ta te K ey Labor atory ,So uthw est Jiaoto ng U niver sity ,Chengdu 610031,Sichuan ,China ;2.Kunming China Railway La rge M ainte nance M achinery Co .,L td .,K unming 650215,Y unnan ,China )
A bstract :Cycle -variable metho d w as utilized to reso lve the freedom problem of lo ng and heavy haul train ,the co upling relatio nship amo ng the longitudinal ,late ral and vertical performances of the train w as considered ,a 3-D coupling dynamics m odel of the train w as set up ,and the dy namics pe rfo rm ances of the train under traction ,braking and idling conditions on straight track ,curved track and ramp we re sim ulated .Sim ulation result show s that under traction condition ,the dy namics perform ances of front and rear vehicles w ere w orse than tha t of middle vehicle s .U nder braking condition ,the dy namics perform ances of middle vehicles w ere w o rse than that of fro nt and rear vehicles .Unde r idling co ndition ,the dynamics perfo rmances o f all vehicle s have little difference .On curved track ,the influences of three conditio ns on the dynamics performances are g reatest ,so ,w hile through straight track ,train w ill be in traction o r braking condition .W hile through curved track ,train will be in idling co ndition .5figs ,10refs .Key words :railw ay vehicle ;heavy haul train ;sy stem dynamics ;tractio n co ndition ;braking condition ;idling conditio n ;circular -variable method
Author resume :CH I Mao -ru (1973-),male ,researcher ,PhD ,+86-28-86466243
,cm r2000@
https://www.wendangku.net/doc/761852610.html, .
0 引 言
发展长大列车重载运输是铁路运输扩能增效的一种有效途径。长大列车重载运输因其显著的经济效益,在世界范围内发展非常迅猛,美国、俄罗斯、南非、巴西、澳大利亚等国成为了世界重载运输技术比较领先的国家[1-2]
。中国的长大列车重载运输是以大秦铁路为标志的,该线一、二期已分别于1988、1992年开通运营,单列运量为5000～10000t 。大秦铁路的开通对加强中国西部地区煤炭开发利用,缓解华东及沿海地区煤炭紧张的局面,促进中国国民经济的发展,发挥了举足轻重的作用。同世界其他国家一样,长大列车重载运输也成为中国铁路货运发展的方向[3]。
随着列车编组的扩大、轴重的增加和运营速度的提高,列车行车安全问题也逐渐突显出来。车钩脱离、车钩断裂、制动失灵、列车脱轨、线路破坏等问题时有发生,这对列车行车安全构成严重威胁,严重制约着长大列车重载运输的发展[4]。这些安全事故通常都与列车运行过程中的动态特性密切相关,因此,全面开展对长大重载列车系统动力学的研究,对确保长大重载列车运输系统的行车安全具有非常重大的意义。
传统的列车动力学主要考虑列车纵向动力学[5-7]
,这些研究成果对中国重载列车的发展起到了十分重要的作用。但是随着列车编组的进一步增大,在列车运行过程中,长大列车中有些车辆可能处在直道上,有些车辆可能处在弯道上,还有些车辆可能处在坡道上,长大重载列车呈现1种空间分布状态。长大重载列车在纵向、横向和垂向3方向的动力学行为相互联系更加密切,因此,有必要建立1种考虑列车在纵向、横向和垂向3方向相互耦合的列车动力学模型[8],对列车系统动力学问题展开深入的研究。
1 长大重载列车三维空间耦合动力学
模型
长大重载列车三维空间耦合动力学建模面临的最大难题就是“自由度爆炸”问题。随着中国2万t 重载列车的开行,列车编组有200多辆车,延绵几公里,列车示意见图1。如果列车中每节车的车体、构架和轮对都有6个自由度,那么每辆车的自由度就达四五十个。随着列车车辆数目的增大,自由度将
成等比级数增大,2万t 重载列车自由度总数将会
达到数千个,计算矩阵非常庞大,有时甚至无法完成计算。
图1 列车Fig .1 Train
如果列车包含n 节车,而每节车有l 个自由度,则整列车系统就有l ×n 个自由度,整个列车系统的
运动方程为
MY ··
+CY ·
+KY =P +F
(1)
M =
m 1
m i
m n
C =
c 1
c i
c n
K =
k 1
k i
k n
Y =(y 1,…,y i ,…,y n )T
P =(p 1,…,p i ,…,p n )
T F =(f 1→2,…,f i -1※i +f i →i +1,…,f n -1※n )T
式中:M 为列车系统的质量矩阵,m i 为第i 节车辆的质量(转动惯量)矩阵;C 为列车系统的阻尼矩阵,c i 为为第i 节车辆的阻尼(角阻尼)矩阵;K 为列车辆系统的刚度矩阵,k i 为第i 节车辆的刚度(角刚度)矩阵;Y 为列车的自由度变量,y i 为第i 节车辆的自由度变量;P 为列车的外部作用力,p i 为第i 节车辆上的外部作用力;F 为车辆间相互作用力,f i -1※i 、f i →i +1为第i 节车辆前后相邻车辆之间的相互作用力,对于头车和尾车来说,只有1个车辆间相互作用力。
要一次性处理(l ×n )×(l ×n )阶矩阵,以目前的计算条件很难办到,因此,作一些变通处理,把式(1)分解成n 个子方程
m i y ··
i +c i y ·
i +k i y i =p i +f i i =1,2,…,n (2)
车辆间相互作用力f i 为
35
第3期 池茂儒,等:长大重载列车系统动力学
f i=f1→2i=1
f i-1※i+f i→i+11 根据式(2),可以把1节车辆看成1个基本的积分单元,把列车系统庞大的计算问题划分为若干个基本积分单元分别进行计算。每节车辆的计算循环使用同一组自由度变量,计算完成后把计算结果存入中转变量(以备下一积分步调用),然后释放自由度变量为下一节车辆计算所用,直到列车中所有的车辆都完成计算后,再进入下一积分步。下一积分步仍按上一积分步的模式进行,直到完成所有的积分计算。在整个列车的积分计算中,使用的自由度变量(通常只需几十个)不会随着列车编组的增大而增大,因而可以解决长大列车自由度计算难题,这种积分方法称为循环变量法。而实际运营的列车,特别是货物列车,不可能所有车辆的结构和参数都是一致的,为此,可根据铁道车辆的特点建立1个机车车辆模型库(可以包含所有型号的机车车辆)。在计算时只需根据列车的编组情况设置相应车型的顺序号即可进行全列车的动态仿真计算,当列车编组发生改变时,不需要重新建模和修改程序,仅仅修改编组的定义即可,从而大大方便了混编列车的建模。 长大重载列车的自由度难题一旦被解决,就可把列车纵向、横向和垂向自由度全部考虑进去,建立真正的长大重载列车三维空间耦合动力学模型。参考文献[8-10],本文将充分考虑牵引和制动特性的影响,对长大重载列车动力学性能进行更深入的研究,模型计算流程见图2。 2 仿真条件 在仿真模型中,重载列车编组长度为62辆车,分别研究重载列车在直线轨道、曲线轨道和坡道上牵引、制动和惰行工况下的动力学性能,计算边界分为3种。 (1)直线轨道:初始速度为80km·h-1。 (2)曲线轨道:曲线半径为400m,曲线超高为50mm,初始速度为60km·h-1。 (3)坡道:下坡 坡度为4‰,初始速度为60km·h-1。 3 直线轨道上的动力学性能对比分析 图3为直线轨道上长大重载列车分别在牵引、制动和惰行工况下的动力学性能对比。从图3(a)可以看出,在牵引工况下,车钩纵向力从列车头部到 图2 计算流程 Fig.2 C alculation flow 尾部逐渐减小;在制动工况下,列车前部车辆首先发生制动作用而减速,列车中后部没有制动或制动力较小的车辆则向前涌,车辆间发生挤压作用,出现较大的车钩力;在惰行工况下,车辆之间的车钩力相差不大,这是因为此时的纵向冲击较小。从图3(b)可以看出,在直线轨道上,车钩横向力与车钩纵向力具有相似的分布规律。 从图3(c)可以看出:在牵引工况下,列车头车和尾部车辆的轮轴横向力比前中部车辆的轮轴横向力大3%～5%;在制动工况下,列车中部车辆的轮轴横向力比列车头部和尾部车辆的轮轴横向力大15%～20%;在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮轴横向力差别较小。 从图3(d)可以看出:在牵引工况下,列车头车和尾部车辆的轮轨横向力比前中部车辆的轮轨横向力大3%左右;在制动工况下,列车中部车辆的轮轨横向力比列车头部和尾部车辆的轮轨横向力大5% 36交 通 运 输 工 程 学 报 2011年 图3 重载列车在直线轨道上的动力学性能 Fig.3 Dynamics performances of heavy h au l train on s traigh t track 左右;在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮轨横向力差别较小。 从图3(e)可以看出脱轨系数与轮轨横向力的变化趋势基本相似。 从图3(f)可以看出:在牵引工况下,列车头车的轮重减载率明显大于其他车辆,主要是因为头车为机车,轴重转移造成了其轮重减载偏大;在制动工况下,列车中部车辆的轮重减载率比头部和尾部车辆的轮重减载率大20%左右;在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮重减载率差别较小。 在直线轨道上,牵引工况下,列车头部和尾部车辆的动力学性能比列车中部车辆的动力学性能差;在制动工况下,列车中部车辆比列车头部和尾部车辆的动力学性能差;在惰行工况下,列车不同位置车辆的动力学性能差别较小。牵引、制动和惰行3种工况对列车动力学性能的影响规律为:制动工况对列车动力学性能的影响最大,牵引工况次之,惰行工况对列车动力学性能影响较小。 4 曲线轨道上的动力学性能对比分析图4为曲线轨道上长大重载列车分别在牵引、制动和惰行工况下的动力学性能对比。从图4(a)可以看出:在牵引工况下,车钩纵向力从列车头部到列车尾部逐渐减小;在制动工况下,列车中部车辆的车钩纵向力比前部和后部车辆的纵向车钩力大;在惰行工况下,车辆之间的车钩力相差不大。从 37 第3期 池茂儒,等:长大重载列车系统动力学 图4 重载列车在曲线轨道上的动力学性能 Fig.4 Dynamics performances of heavy hau l train on curved track 图4(b)可以看出车钩横向力与车钩纵向力具有相似的分布规律。 从图4(c)～(f)可以看出:在牵引工况下,编组越靠后的车辆通过曲线轨道的速度越大,所以除列车头车(机车)外,编组越靠后的车辆的动力学性能越差,列车尾部车辆比中前部车辆的轮轴横向力最大相差3倍,轮轨横向力最大相差50%,脱轨系数最大相差35%,轮重减载率最大相差30%;在制动工况下,编组越靠后的车辆通过曲线轨道的速度越低,但由于纵向冲动的影响,列车中部车辆的动力学性能比头部和尾部车辆的动力学性能更差,列车中部车辆比列车头部和尾部车辆的轮轴横向力大5倍,轮轨横向力大3倍,脱轨系数大70%左右,轮重减载率大30%左右;在惰行工况下,列车不同位置车辆的动力学性能指标差别较小。 在曲线轨道上,牵引、制动工况对列车动力学性能影响较大,这是因为列车通过曲线轨道时,车钩横向力较大。 5 坡道上的动力学性能对比分析 图5为坡道上长大重载列车分别在牵引、制动和惰行工况下的动力学性能对比。从图5(a)、(b)可以看出,列车在坡道上牵引、制动和惰行时的车钩力分布与直线轨道上的情况类似:在牵引工况下,车钩力从列车头部到尾部逐渐减小;在制动工况下,列车中部车辆的车钩力比列车前部和后部车辆的车钩力大;在惰行工况下,列车各车辆之间的车钩力相差不大。 38交 通 运 输 工 程 学 报 2011年 图5 重载列车在坡道上的动力学性能 Fig.5 Dynamics performances of heavy haul train on ram p 从图5(c)可以看出:在牵引工况下,列车头部和尾部车辆的轮轴横向力比前中部车辆的轮轴横向力大5%左右;在制动工况下,列车中部车辆的轮轴横向力比列车头部和尾部车辆的轮轴横向力大20%左右;在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮轴横向力差别较小。 从图5(d)可以看出:在牵引工况下,列车头车和尾部车辆的轮轨横向力比列车前中部车辆的轮轨横向力大5%左右;在制动工况下,列车中部车辆的轮轨横向力比头部和尾部车辆的轮轨横向力大7%左右;在在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮轨横向力差别较小。从图5(e)可以看出,脱轨系数与轮轨横向力的变化趋势基本相似。 从图5(f)可以看出:在牵引工况下,由于轴重转移的影响,列车头车(机车)的轮重减载率明显大于其他车辆;在制动工况下,列车中部车辆的轮重减载率比头部和尾部车辆的轮重减载率大30%左右;在惰行工况下,列车不同位置车辆的轮重减载率差别较小。 在坡道上,牵引、制动和惰行工况对列车动力学性能的影响规律与在直线轨道上的情形基本相似,只是在坡道上的影响数值要大一些,这主要是因为坡道上的列车纵向冲动比在直线上的更大一些。 39 第3期 池茂儒,等:长大重载列车系统动力学 6 结 语 本文利用循环变量法解决了长大重载列车自由度问题,建立了长大重载列车三维空间耦合动力学模型,分析了在牵引、制动和惰行工况下长大重载列车在直线轨道、曲线轨道和坡道上的动力学性能。 (1)制动工况对列车动力学性能的影响最大,牵引工况对列车动力学性能影响次之,惰行工况对列车动力学性能影响较小。 (2)3种工况对列车不同编组位置车辆动力学性能的影响规律为:在牵引工况下,列车头部和尾部车辆的动力学性能比中部车辆的动力学性能差;在制动工况下,列车中部车辆比列车头部和尾部车辆的动力学性能差;在惰行工况下,列车不同位置车辆的动力学性能差别较小。 (3)3种工况对曲线轨道上的列车动力学性能影响最大,对坡道上的列车动力学性能影响次之,对直线轨道上的列车动力学性能影响相对较小,所以应尽量以牵引、制动工况通过直线轨道,以惰行工况通过曲线轨道。 该理论研究成果初步揭示了长大重载列车牵引、制动和惰行工况与线路条件之间的相互关系,为列车操纵规程的完善提供了理论依据。值得指出的是,本文主要从理论上对长大重载列车的动力学性能进行了研究,在后续的工作中,应结合大量试验展开工程应用研究。 参考文献: References: [1] 李 宏.国外重载铁路综述[J].铁道工程学报,2000(4): 32-34. 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Analysis of the effect of mixed formation on the cu rving safety of train[J].Railw ay Locomotive and Car,2010, 30(3):5-9.(in Chinese) 40交 通 运 输 工 程 学 报 2011年 浅谈万吨重载货物列车智能驾驶 摘要：随着中国经济的不断发展，货物运输需求有了显著的增长，所以积极的 发展货物运输交通便有了突出的现实价值。对我国传统的货物运输进行分析会发现，虽然传统铁道运输的整体运量比较大，但是其在满足需要和成本控制方面依 然不够理想，所以还需要基于现有的技术发展更大规模的货物运输交通。现阶段，万吨重载货物列车已经完成研发并投入了使用，而且为了保障运输安全，列车运 行开发并实施了智能驾驶系统。文章对万吨重载货物列车智能驾驶进行具体的分 析与讨论。旨在为实践工作提供指导和帮助。 关键词：万吨重载货物列车；智能驾驶；策略 交通运输对经济的支持是显而易见的，所以要想加快区域发展，必须要重视 交通的建设。从目前的实践分析来看，随着各地经济的发展和产业规模的壮大， 货物运输的需求在持续性增长，而传统的运输方式，不管是公路还是铁路都存在 着运量小、运费高等问题，该问题的存在影响了区域货物运输，也影响了地区经 济发展。为了满足不断增长的货物运输需要，我国积极的研究万吨重载货物列车 并取得了成功，现阶段，万吨重载货物列车已经开始投入使用并发挥出了突出的 效果。基于实践进行分析会发现，为了使货物运输的安全性等有显著的提升，万 吨重载货物列车开发了智能驾驶系统，该系统的使用进一步提升了火车运输的安 全性和稳定性。 一、万吨重载货物列车和智能驾驶概述 要讨论万吨重载货物列车和列车的智能驾驶，首先需要明确万吨重载货物列 车和智能驾驶两个基本的概念。就万吨重载货物列车而言，其指的是万吨级别的 重载列车。就重载列车而言，其指的是货运量到发集中的运输线路上采用大型专 用货车编组，采用双机或多机牵引开行的一种超长、超重的货物列车，重载列车 车辆载重力大；列车编挂辆数多[1]。我国对万吨重载货物列车的研究从未停歇， 从开始的万吨计划到2014年3万吨重载货物列车的试运行成功，我国在万吨重 载货物列车研究方面的成果显著，而且万吨重载货物列车的成功使用，有效的缓 解了资源运输方面的压力，这于经济发展是重要的支持。 智能驾驶是现阶段驾驶研究中的重要方向，其对于车辆智能化和驾驶简单化 有重要的意义。对智能驾驶的本质进行分析会发现其主要涉及的是注意力吸引和 注意力分散的认知工程学，具体为三部分内容，分别是网络导航、自主驾驶和人 工干预[2]。对智能驾驶进行具体的分析会发现车辆要实现智能驾驶，必须要满足 基本的条件，即满足行车的动力学要求，而且车上的传感器获得相关视听觉信号 和信息的能力必须要突出，同时，车辆需要具备和认知计算控制相应的随动系统。对智能驾驶中的三个环节进行具体分析会发现网络导航主要解决的问题是目的地 导航和车道引导，而自主驾驶强调的是智能控制系统下的车道运行稳定以及交互 驾驶行为，人工干预具体指的是驾驶员在智能系统的提示下做出的对实际道路的 相应反应。 二、影响智能驾驶的因素分析 对万吨重载货物列车的智能驾驶进行具体的分析会发现影响智能驾驶的主要 因素如下。 首先是智能控制系统的建设[3]。在智能驾驶实践中，控制系统是驾驶稳定和 安全的重要依靠，该控制系统能够基于获取的信息进行命令的发布，从而对列车 的运行速度、运行车道调整等进行命令发布，可以说，如果智能控制系统出现了 ０引言 轨道交通在我国国民生活中发挥着至关重要的作用。列车司机作为轨道交通行业的一线岗位，对安全运营起着非常重要的作用。列车司机不但需要精通基本的驾驶技能，还需要懂得如何处理各类突发事件，掌握列车在非正常情况下的处理等高级驾驶技能。２００１年，在日本举办的国际铁路列车司机培训研讨会上，国际铁路联盟（ＵＩＣ）成员一致认为：列车司机及指导员、铁路员工的知识、技能和素质培训教育在轨道交通发展中必须具有最高的优先性。 列车驾驶仿真器通过仿真列车运行性能、列车驾驶环境来建构一个具有高度真实感的虚拟驾驶环境。在这样的环境中，既能够进行驾驶技能的培训，也可对司机进行心理素质的训练。列车驾驶仿真器具有安全、经济、节能、高效等特点。国外经验表明，采用列车驾驶仿真器对司机进行培训可提高培训效率３０％～５０％［１］，可为列车动力学、优化操纵、舒适度评价、安全驾驶行为等领域的研究工作提供实验平台。 ２０世纪８０年代，美、中、澳等国的铁路科研机构开始研制机车模拟装置，这些早期的列车驾驶仿真器主要用于动力学分析等领域。西南交通大学孙翔教授领导的“重载列车动力学”国家“七五”攻关课题组研制了我国第一台列车驾驶仿真器。在大秦线万吨重载列车开行前，利用该仿真器分析了万吨列车的操纵技术，提出了合理的操纵方案，确保了大秦线万吨重载列车的安全开行［２］。随着计算机技术的发展，列车驾驶仿真器中驾驶环境仿真的逼真度得到了很大的提高，其应用也扩展到以列车驾驶培训为主的相关领域。目前，列车驾驶仿真器已成为各国铁路、城市轨道交通部门进行列车司机培训考核和进行各类相关研究的重要工具。 列车驾驶仿真器及其关键技术 苏虎，金炜东 西南交通大学电气工程学院，成都６１００３１ ［摘要］列车驾驶仿真器通过列车运行性能仿真、驾驶环境仿真来建构一个具有高度真实感的虚拟驾驶环境。以列车驾驶仿真器为平台，可进行驾驶培训和列车动力学仿真、优化操纵等研究工作。介绍了列车驾驶仿真器的不同构成形式，给出了全功能分布式列车驾驶仿真器的典型结构，并在此基础上进一步讨论了列车驾驶仿真器的关键技术。 ［关键字］列车驾驶仿真器；列车动力学；视景仿真；运动系统 ［中图分类号］ＴＰ３９１．９［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００－７８５７（２００７）１２－００１２－０６ ＴｒａｉｎＤｒｉｖｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｏｒａｎｄＩｔｓＫｅｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ＳＵＨｕ，ＪＩＮＷｅｉｄｏｎｇ ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎａｔｒａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｒｅａｔｅａｈｉｇｈｆｉｄｅｌｉｔｙｖｉｒｔｕａｌｄｒｉｖｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｄｒｉｖｉｎｇｔｒａｉｎｉｎｇ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇａｎｄｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ（ｓｕｃｈａｓｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）ｃａｎｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｔｒａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒ．Ａｓｓｏｒｔｍｅｎｔｏｆｔｒａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｙｐｉｃａｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆａｆｕｌｌｍｉｓｓｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｏｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆａｔｒａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｔｒａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒ；ｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓ；ｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｏｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ＣＬＣＮｕｍｂｅｒ：ＴＰ３９１．９ＤｏｃｕｍｅｎｔＣｏｄｅ：ＡＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１０００－７８５７（２００７）１２－００１２－０６ 收稿日期：２００７－０５－２５ 作者简介：苏虎，成都市二环路北一段１１１号３号楼西南交通大学电气工程学院，副研究员，主要从事计算机仿真技术、虚拟现实、列车驾驶仿真器等领域的研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｈｕ＠ｈｏｍｅ．ｓｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 金炜东（通讯作者），成都市二环路北一段１１１号３号楼西南交通大学电气工程学院，教授，主要从事优化与系统仿真、智能信息处理、控制与检测技术等领域的研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｄｊｉｎ＠ｈｏｍｅ．ｓｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 大秦线开行万吨重载组合列车系统集成与创新 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8- 大秦线开行2万吨重载组合列车 系统集成与创新 耿志修：铁道部，副总工程师兼科学技术司司长，北京，100844摘要：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1 8％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、装备水平等方面显着提高。 关键词：重载运输技术；重载组合列车；机车无线同步操纵；GSM-R；大秦线 2003年，铁道部党组根据党中央、国务院的要求，为缓解煤电油运紧张状况，作出了在大秦线开行2万t重载组合列车、大幅度提高大秦线运输能力的重大决策。通过系统集成与创新，2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载组合列车，标志着我国铁路重载运输技术达到世界先进水平。 1 需求牵引，科学决策 大秦线是中国第一条双线重载电气化运煤专线，西起北同蒲线的韩家岭站，东至秦皇岛地区的柳村南站，全长653 km。1985年开工建设，一期、二期分别于1988年和1992年底投入运营。2002年，大秦线达到了年运量1亿t的设计目标。 作为我国重要的煤炭运输通道，大秦线承担着全国铁路18％的煤炭运量，负责全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6 000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。 为从根本上提高大秦线的运输能力，2003年末，铁道部党组作出了加快大秦线重载技术创新和扩能改造、快速提高大秦线运输能力的重大决策。 科学论证表明，开行2万t重载组合列车，提高列车牵引重量，是大幅度提 图1 大秦线煤运通道 高运输能力的最优选择。2万t重载组合列车净载重16 800 t，如每天开行24．5对列车，即可达到年运量1．5亿t；每天开行49对列车，可实现年运量3亿 t；每天开行70对列车，可实现年运量4亿t。不仅全面提高了大秦线的运输能力，而且可提供充足的综合施工、维修天窗。 毕业论文 论文题目：重载列车制动中存在的问题及解决措施学生姓名： 专业：铁道机车 班级：机车****班 学号： 指导老师： 包头铁道职业技术学院 目录 摘要------------------------------------------------------------------------------------------- （4）关键词-----------------------------------------------------------------------------------------（4）引言--------------------------------------------------------------------------------------------（6）1重载列车制动的现状---------------------------------------------------------------（7）1.1重载列车的发展------------------------------------------------------------------------（7）1.2重载列车制动技术的运用------------------------------------------------------------（7）2初步了解重载列车------------------------------------------------------------------------（7）2.1重载列车的概论-------------------------------------------------------------------------（7）2.2重载列车对生产生活的影响----------------------------------------------------------（7）2.3重载列车存在的不足-------------------------------------------------------------------（8）3初步了解铁路制动技术-------------------------------------------------------------------（8）3.1制动的概论--------------------------------------------------------------------------------（8）3.2制动对铁路的重要性--------------------------------------------------------------------（8）4重载列车制动技术中存在的问题-------------------------------------------------------（8）5重载列车制动技术的改良----------------------------------------------------------------（9）5.1整列式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（9）5.2单元式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（9）5.3组合式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（9）结束语-------------------------------------------------------------------------------------------（10）参考文献----------------------------------------------------------------------------------------（10） 重载列车复习题 1 、世界铁路重载运输是从20世纪50年代开始出现并发展起来的。 2 、认真抄写运行揭示，根据担当列车种类、天气等情况，制定运行安全注意事项，并摘录于司机手账。 3 、起动列车前，必须二人及其以上确认行车凭证、发车信号显示正确。 4 、电力机车进整备线，在隔离开关前停车，确认隔离开关在闭合位置后再动车。 5 、我国铁路发展重载运输对既有干线铁路进行配在改造，在繁忙干线上、开行5000t 级整列式重载列车。 6 、我国目前采用的仍是传统的空气制动方式，尚未全面采用ECP技术。 7、机车乘务员必须经过专业培训，并经考试合格后，方准担任乘务作业。 8 、牵引列车起车前应压缩车钩并适当撤砂，压缩年钩的辆数一般不超过牵引辆数的2/3 。 9 、列车运行在上坡道区段以及通过曲线、道岔等处，均有发生空转的可能。 10 、我国铁路新型货年目前正在向23T、25T轴重发展。 11 、重载运输从20世纪60年代中后期开始取得实质性进展，并逐步形成强大的生产力。 12 、机车到达站、段分界点停车，签认出段时分，了解机车股道和径路，按信号显示出段。 13 、机车司机在运行中应依照列车操纵示意图操纵列车，并执行呼唤应答和车机联控制度。 14 、1990~1992年为新建大秦铁路，开行单元式重载列车模式阶段。 15 、检查低矮零件时，做到一腿半屈，一腿稍弓，斜身向着检在部件。 16 、双机重联运行时，重联机车的换向手柄必须和机车运行方向一致。 17 、机车动车前和运行中，必须坚持不间断嘹望和呼唤应答制度，必须按规定鸣示音响信 号。 18 、研制大功率内燃、电力机车以提高华引列车重量，是我国重载机车要发展方向。 19 、雨、雪、霜、露天气易发生空转，发车前应主要检查撒砂机能，并确保砂管畅通。 20 、通过分相绝缘，主断路器断不开时，应降弓过分相。 21 、列车重量的提高是铁路重载运输技术发展总体水平的体现。 呼和浩特职业学院毕业论文 题目: 重载列车制动技术中存在的问题及 解决方案 专业: 电力机车驾驶 学生姓名: 马耀华 学号： 完成时间：2011年7月14日 指导教师：王宏亮 目录 摘要------------------------------------------------------------------------------------------- （1）关键词-----------------------------------------------------------------------------------------（1）引言--------------------------------------------------------------------------------------------（1）1重载列车制动的现状----------------------------------------------------------------（3）1.1重载列车的发展--------------------------------------------------------------------------（3）1.2重载列车制动技术的运用------------------------------------------------------------（3）2初步了解重载列车-------------------------------------------------------------------------（3）2.1重载列车的概论--------------------------------------------------------------------------（3）2.2重载列车对生产生活的影响-----------------------------------------------------------（3）2.3重载列车存在的不足--------------------------------------------------------------------（3）3初步了解铁路制动技术-------------------------------------------------------------------（3）3.1制动的概论--------------------------------------------------------------------------------（3）3.2制动对铁路的重要性--------------------------------------------------------------------（3）4重载列车制动技术中存在的问题-------------------------------------------------------（3）5重载列车制动技术的改良----------------------------------------------------------------（3）5.1整列式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（3）5.2单元式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（3）5.3组合式重载列车制动问题的解决方案-----------------------------------------------（3）结束语-----------------------------------------------------------------------------------------（5）参考文献--------------------------------------------------------------------------------------（6） 大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创 新 系统集成与创新 耿志修：铁道部，副总工程师兼科学技术司司长，北京，100844 摘要：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1 8％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L OCOTROL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。 关键词：重载运输技术；重载组合列车；机车无线同步操纵；GSM-R；大秦线 2003年，铁道部党组根据党中央、国务院要求，为缓解煤电油运紧张状况，作出了在大秦线开行2万t重载组合列车、大幅度提高大秦线运输能力重大决策。通过系统集成与创新，2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载组合列车，标志着我国铁路重载运输技术达到世界先进水平。 1 需求牵引，科学决策 大秦线是中国第一条双线重载电气化运煤专线，西起北同蒲线韩家岭站，东至秦皇岛地区柳村南站，全长653 km。1985年开工建设，一期、二期分别于1988年和1992年底投入运营。2002年，大秦线达到了年运量1亿t设计目标。 作为我国重要煤炭运输通道，大秦线承担着全国铁路18％煤炭运量，负责全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6 000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤运输任务。 为从根本上提高大秦线运输能力，2003年末，铁道部党组作出了加快大秦线重载技术创新和扩能改造、快速提高大秦线运输能力重大决策。 世界铁路重载运输技术的最新进展 1. 世界铁路重载运输发展的新水平 1.1 重载列车最高牵引重量的世界记录已达10万吨，最高平均牵引重量达3.9万吨 世界各国重载铁路借助于采用高新技术，促使重载列车牵引重量不断增加。2001年6月21日澳大利亚西部的BHP铁矿集团公司在纽曼山—海德兰重载铁路上创造了重载列车牵引总重99734t的世界纪录。2004年巴西CVRD铁矿集团经营的卡拉齐重载铁路上，开行重载列车的平均牵引重量已达39000t。南非Orex铁矿重载线是窄轨铁路（1067mm轨距），开行重载列车的平均牵引重量为25920t。美国最大的一级铁路公司联合太平洋铁路（UP）经营的铁路里程为54000km，其所有列车的平均牵引重量已达14900t，一般重载列车的牵引重量普遍达到2～3万t，其复线年货运量在2亿t以上。 2005年国际重载运输协会（IHHA）的巴西年会上已对重载运输的定义作了新的修订：重载列车牵引重量至少达到8000t（以前为5000t）；轴重（或计划轴重）为27t及以上（以前为25t）；在至少150km线路区段上年运量超过4000万t（以前为2000万t）。 1.2 重载运输推广范围日益扩大，欧洲已在客货混运干线上开行重载列车 重载运输技术在越来越多的国家推广应用。不仅在幅员辽阔的大陆性国家（如美国、加拿大、澳大利亚、南非等国）重载铁路上大量开行重载列车，而目前在欧洲传统以客运为主的客货混运干线铁路上也开始开行重载列车。德国铁路从2003年开始在客货混运的既有线路（如汉堡—萨尔兹特）上开行轴重25t、牵引重量6000t的重载列车，最高运行速度80k m/h（重车），同时开行200～250km/h速度的旅客列车。2005年9月开始，法国南部铁路正式开行25t轴重的运送石材的重载列车。芬兰铁路正在研究开行30t轴重的重载列车。欧盟经过研究认为，欧洲铁路客运非常发达，每年运送90亿人次、6000亿人公里。但欧洲铁路货运同样也很繁忙，货运量占全世界铁路货运总量的30％，而且每年还以4.4～7.5％的速度增加。欧洲铁路的货运量中有30％重载运输潜力。2001年以欧洲铁路为主体的国际铁路联盟（UIC）以团体名义加入国际重载运输协会（IHHA）、成为团体理事成员。由此可见欧洲铁路发展重载运输的战略已定局。 1.3 美国已在高速既有铁路东北走廊上开行30t轴重重载列车 另一个重要标志是美国重载列车开始在东北走廊高速铁路上运行。2003年美国在东北走廊高速铁路的巴尔的摩和Rerryville间不仅开行240km/h的Acela高速列车，还同时开行 Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2019, 8(2), 129-137 Published Online March 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/761852610.html,/journal/ojtt https://https://www.wendangku.net/doc/761852610.html,/10.12677/ojtt.2019.82016 Comparative Study on Simulation and Experiment of Heavy Haul Train Operating Conditions Xingguang Yang, Wei Wei School of Locomotive and Vehicle Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian Liaoning Received: Mar. 4th, 2019; accepted: Mar. 18th, 2019; published: Mar. 25th, 2019 Abstract The actual operation of heavy haul trains is affected by many uncertain factors, and the corres-ponding simulation accuracy is difficult, which makes the longitudinal dynamics research and maneuver optimization difficult. Therefore, the comparative study of simulation accuracy has im-portant practical significance. According to the test data of 20,000 tons of turmeric, the train air brake and longitudinal dynamics simulation system (TABLDSS) is used to calculate the speed and longitudinal dynamics of the train under actual operating conditions, and the simulation results are compared with the test results: the results show that the simulation speed curve agrees well with the test; the speed change trend is basically the same; the speed error is maximum 0.8 km/h; the train running resistance, the locomotive traction/dynamic braking force model have higher accuracy, and the air brake decompression characteristics are basically the same. When the brake is relieved, the tail pressure is basically the same; the brake opening time error is small; the maxi-mum is 0.8 s; the air brake model is accurate; the simulated maximum coupler force occurs in the same position as the test, and the maximum coupler force appears in the train mitigation process. Near the middle locomotive, the braking distance and the hook force error were 2.4% and 4.4%, respectively, and the simulation system was highly accurate. This work provides an advantageous tool for train manipulation optimization. Keywords Heavy Haul Train, Braking System, Air Brake, Train Operation, Simulation Analysis 重载列车运行工况仿真与试验比较研究 杨兴光，魏伟 大连交通大学，机车车辆工程学院，辽宁大连 载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而 受到世界各国铁路的广泛重视，不仅在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家（如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等）发展重载铁路，大量开行重载列车，而且在欧洲以客运为主的客货混运干线上也开始开行重载列车。目前，重载铁路运输在世界范围内迅速发展，重载运输已被国际公认为铁路货运发展的方向，成为世界铁路发展的重要方向之一。世界各国重载铁路借助于采用高新技术，促使重载列车牵引重量不断增加。重载运输不仅提高运量，降低成本提高收入，而且能降低维修成本。国外实践经验表明，增大轴重能显著提高运输效率，国外重载铁路的列车轴重大多集中在28~32.5 t，最大达40 t。目前美国、澳大利亚、瑞典、南非、巴西、俄罗斯等国的货车轴重均达到了27 t以上，我国已经开始研发27 t及30 t轴重重载列车及其配套技术。 我国重载铁路技术发展趋势 康熊：中国铁道科学研究院，研究员，北京，100081 宣言：中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，副研究员，北京，100081 摘 要：介绍国外重载铁路技术特点与技术发 展趋势，探讨今后我国重载运输技术发展模 式，分析提高轴重的经济效益，分析我国重载 铁路的关键技术问题。研究分析表明：我国重 载运输应采取既有普速路网的强化改造和合理 规划新建重载线路的措施，以提高整体重载运 输能力；我国重载铁路技术应重点研究运输能 力匹配和运力布局，加快开展大功率机车和货 车技术、牵引制动控制技术、基础设施强化技 术、大能力煤运通道新建技术、重载轮轨关系 技术的研究和应用，通过采用设备状态检测与 监测技术、预防性线路维修等技术来全面提升 重载线路养护维修技术水平和管理水平。 关键词：重载铁路；关键技术；运输能力；养 护维修 重 电气化铁路和组合式重载列车的行车组织特殊 办法 一、电气化铁路 (一)电气化铁路主要行车设备 电气化铁路是一种高效、经济、无环境污染的现代化运输形式。它主要由电力机车(或电动车组)和牵引供电系统两大部分组成。 1．电力机车 电力机车是牵引列车运行的动力。电力机车按照电流制的不同分为直流电力机车和交流电力机车。 2．牵引供电系统 由于电力机车是非自给性机车，其能源要依靠外部供给，因此必须在沿线设置牵引供电系统。我国干线电气化铁路采用工频单相交流制，频率为50Hz，额定电压为25kV。由于电流、电压制的不同，牵引供电系统的各部分功能也不相同。牵引供电系统各部分的主要功能如下。 (1)牵引变电所。接受来自国家电力系统的工频、三相交流、高压电，一般为110、220kV，经过牵引变压器降压和采用不同的接线方式进行减相，变换成适合牵引用的单相25kV，考虑到线路的电压损失，变电所馈出线的电压为27．5kV，比额定电压高10％。 (2)馈电线。由变电所将变换后的电能送到接触网。一般采用架空线。 (3)接触网。接触网沿线路架设，通过接触线和受电弓将电能送到电力机车。接触网分为简单悬挂和链形悬挂。链型悬挂又分为单链形、双链形和多链形。对接触网的基本要求是：耐磨损、耐腐蚀，使用周期长，架设平直，距轨面高度一致，弹性均匀，无硬点，有足够的稳定性。 (4)轨道回路。牵引电流返回变电所流经的通路，即钢轨。为便于牵引电流的流通，轨缝之闯要进行电联接。 (5)回流线。牵引电流经轨道返回变电所的通路。一般为架空线或电缆。 目前，我国的交流电气化铰路供电方式有五种：直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、单设回流线供电方式和同轴电缆供电方式。 交流电气化铁路的供电方法，按两个相邻变电所的牵引侧在电气上是否联通，分为单边供电方法和双边供电方法。对于双线电化铁路，按上、下行线是否同相位，分为上、下行同相供电方法和上、下行异相供电方法。我国普遍采用单边、上下行同相(且并联)供电方法。 (二)接发列车工作 电气化铁路车站接发列车工作，应严格执行《铁路技术管理规则》关于办理闭塞、布置和准备进路、开阔信号、交 第7篇铁路货物重载运输 要点：阐述铁路重载运输的定义及组织形式，国内外铁路重载运输发展概况，单元式、组合式重载运输组织方法以及重载运输对铁路技术装备的要求。 第19章重载运输概述 19.1铁路重载运输的定义及组织形式 19.1.1铁路重载运输的定义及特点 铁路重载运输是指行驶列车总重大、行驶轴重大的货车或行车密度和运量特大的铁路运输。铁路重载运输的主要特点，是在一定的铁路技术装备条件下，扩大列车编组长度，不降低行车速度，大幅度提高列车重量，充分利用运输设施的综合能力，采用大功率内燃或电力机车（一台或多台）牵引达到一定重量标准的运输方式，发挥铁路集中、大宗、长距离、全天候的运输优势，达到增加运输能力、提高运输效率、降低运输成本的目的。 由于各国铁路运营条件、技术装备水平、发展重载运输的着眼点不一样，采用的重载列车运输类型和组织方式也各有特点。对于重载列车的重量过去并没有规定统一的标准，都是开行重载列车的国家根据各自的具体技术条件和运营需要，按照相对于普通列车的重量和长度进行确定的。 为了促进各国铁路重载运输的发展，1986年10月在加拿大温哥华召开的第三届国际重载会议上，在综合各国铁路重载运输发展水平的基础上，国际重载协会通过了铁路重载运输的定义：线路年运量在2000万t及其以上，列车牵引重量至少为5000t，列车中车辆轴重达到21t。具备上述三个条件之二者，可视为铁路重载运输。 1994年6月国际重载运输年会上，对铁路重载运输的定义作了一些修改。凡具备以下三个条件之二者，可视为铁路重载运输线路： (1)经常、定期或准备开行总重最少为5000t的单元或组合列车； (2)在长度至少为150km的铁路区段上，年计费货运量最少达到2000万t及其以上； (3)经常、定期或准备开行轴重25t及以上的列车。 重载运输在运送大宗货物上显示出高效率、低成本的巨大优势，是铁路运输规模经济和集约化经营的典范。铁路重载运输已成为许多国家追求的现代货运方式。 19.1.2 重载列车的组织形式 目前，国内外铁路开行的重载列车组织形式主要有单元式、整列式和组合式重载列车三种。 （1）单元式重载列车 单元式重载列车的概念最早是在美国提出的，它是以固定的机车车辆（大功率机车＋一定编成辆数的同一类型的专用货车）组合成为一个运输单元，并以此作为运营计费单位，在装卸车站间循环直达运行的货物列车。其特点是：实行“五固定”，即固定机车、车底、货种、装车站、卸车站；货物装卸时不摘机车整列装卸；运行过程中不进行改编；按规定走行公里整列入段检修。在机车车辆充足的情况下,采用这种重载运输组织模式可以最大限度地减少运营支出,大幅度降低运输成本；但要求货源充足,货物品类单一,货物到发地点统一,机车车辆、线路站场、装卸仓储等设备要配套，并要采取最合理的运行图及最佳周转方案。 这种重载运输方式目前运用范围最广，经济效益也最显著。在路网规模大、行车密度小、货运比重大、运能较富裕的美国、加拿大、澳大利亚等国，组织开行从装车地到卸车地之间的重载单元列车，通过货物集中发送、快速装卸、加速机车车辆周转来降低成本，从而获得较大的效益，提高了与其他运输方式的竞争能力。我国大秦重载运煤专线上也有重载单元列车的开行。 （2）整列式重载列车 大秦线开行万吨重载组合列车系统集成与创新精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】 大秦线开行2万吨重载组合列车 系统集成与创新 耿志修：铁道部，副总工程师兼科学技术司司长，北京，100844摘要：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1 8％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、装备水平等方面显着提高。 关键词：重载运输技术；重载组合列车；机车无线同步操纵；GSM-R；大秦线 2003年，铁道部党组根据党中央、国务院的要求，为缓解煤电油运紧张状况，作出了在大秦线开行2万t重载组合列车、大幅度提高大秦线运输能力的重大决策。通过系统集成与创新，2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载组合列车，标志着我国铁路重载运输技术达到世界先进水平。 1 需求牵引，科学决策 大秦线是中国第一条双线重载电气化运煤专线，西起北同蒲线的韩家岭站，东至秦皇岛地区的柳村南站，全长653 km。1985年开工建设，一期、二期分别于1988年和1992年底投入运营。2002年，大秦线达到了年运量1亿t的设计目标。 作为我国重要的煤炭运输通道，大秦线承担着全国铁路18％的煤炭运量，负责全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6 000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。 为从根本上提高大秦线的运输能力，2003年末，铁道部党组作出了加快大秦线重载技术创新和扩能改造、快速提高大秦线运输能力的重大决策。 科学论证表明，开行2万t重载组合列车，提高列车牵引重量，是大幅度提 图1 大秦线煤运通道 高运输能力的最优选择。2万t重载组合列车净载重16 800 t，如每天开行24．5对列车，即可达到年运量1．5亿t；每天开行49对列车，可实现年运量3亿 t；每天开行70对列车，可实现年运量4亿t。不仅全面提高了大秦线的运输能力，而且可提供充足的综合施工、维修天窗。 2003年12月，铁道部组织考察组对美国和南非铁路重载技术进行了考察，对当今世界上先进的重载技术即机车无线同步操纵技术(LOCOTROL)和有线电控空气制动技术(ECP)进行了对比分析。认为采用GE公司的LOCOTROL技术开行2万t重载组合列车，更符合中国铁路路情和大秦线运输实际，技术可行，经济合理，安全可控。 2 科研试验，集成创新 大秦线开行2万t重载组合列车是一项复杂的系统工程，涉及到很多技术难题。2万t 重载组合列车长达2 672 m，大秦线地处山区，隧道多，坡道大，采用 LOCOTROL技术 基础题 一、车体运动的六种形式是什么？ 沿着XYZ 轴的三个平移运动分别称为伸缩、横摆、浮沉。绕着XYZ 轴的回转运动分别称为侧滚、点头和摇头。 二、单节车辆动力学与整列车的动力学的研究的模型有什么不同？ 1单节车辆动力学包括：垂向与横向动力学模型（研究对各种轨道不平顺的响应），横向稳定性模型（眼镜车辆蛇形运动特性和临界），曲线动过模型（分析通过曲线是轮对偏移和轮轨作用力） 2整列车动力学模型包括：列车纵向动力学模型；列车横向动力学模型；列车垂向动力学模型。 动力学研究问题范畴：响应问题（在不平顺和通过曲线是引起的）和稳定性问题（不同运行工况引起的） 动力学模型的要求：模型的结构必须是可靠的；模型的各个参数必须的准确的。 三车辆动力性能有哪几种？各用什么指标描述？ 1运行平稳性；德sperling 平稳性指标；国际联盟UIC 指标 2运行稳定性：包括：防止蛇形运动稳定性（临界速度要远高于运行速度）；防止脱轨稳定性（脱轨系数Q/P ，轮重减载率?P/P ）；车辆倾覆稳定性（倾覆系数D=P 动载荷/P 静载荷）。 3通过曲线的能力：磨耗指数 四：轨道不平顺有哪几种？ 1几何性轨道不平顺：垂向不平顺（轨道在同一轮载作用下沿长度方向高低不平）；水平不平顺（左右轨对应点高度差）；方向不平顺（左右轨横向平面内弯曲不直）；轨距不平顺（左右两轨横向平面内轨距偏差） 2周期性轨道不平顺：钢轨接头处等 3随机性轨道不平顺 4局部轨道不平顺：曲线顺坡轨距变化；过道岔；钢轨局部磨损；路基隆起和下沉。 五：轮轨接触几何参数有哪些？引起车辆振动的原因有哪些？什么是自激振动？ 左右车轮的实际滚动圆半径；左右轮轨接触点处的车轮踏面曲率半径；左右轮轨接触点处的钢轨截面曲率半径；左右轮接触点处的接触角；轮对侧滚角；轮对中心的垂向位移。 原因1与轨道有关的激振因素：钢轨接头处的轮轨冲击；轨道的垂向变形；轨道的局部不平顺；轨道的随机不平顺； 2与车辆自身结构的激振因素：车轮偏心；车轮不均重；车轮踏面擦伤剥离；锥形踏面轮对的蛇形运动 自激振动：指一个系统在运动中，如果引起振动的激振源是由于系统结构本身所造成，而不是由于外界强迫输入的，当运动停止时，这种激振力也就随之消失，那么这种振动就称为自激振动。 六：为何轮缘根部圆弧最小半径＞钢轨肩部圆弧半径？相等行么？相反行么？ 当轮对相对于轨道的横移量不大时，对产生一点接触，当横移量过大时，不可避免的会出现两点接触。圆弧最小半径＞钢轨肩部圆弧半径，使得轮对具有较大横移量，即轮缘根部移动到轨肩时，也不出现会两点接触，出现两点接触的可能性降低，能减少轮轨磨耗。 七：什么是踏面斜度与等效斜度？有何区别？等效斜度直接影响车辆的什么性能？ 锥形踏面的车轮在滚动园附近作一斜度为λ的直线段，当轮对中心离开对中位置，有一横移量为y 时候，左右轮的实际滚动圆，则的可得出踏面斜度。对于纯锥形踏面，踏面斜度λ恒为常数。 对于磨耗型踏面，踏面由多段弧组成，踏面斜度λ随着轮对横移量y w 的改变而改变，λ不再为一个恒定常数，因此在计算时候，要取的等效值，此等效值定义为踏面等效斜度。 等效斜度直接影响车辆曲线通过性能 八：轮对低动力设计有哪些方法？ 1减小簧下质量（空心轴、小轮径车轮、薄车轮）2采用合理的车轮踏面 3 采用弹性轮对4 严格控制车轮质量 九：什么是蠕滑？蠕滑产生的条件是什么？什么是蠕滑率、蠕滑力、与蠕滑系数？他们有怎样的关系？ 由于轮轨间产生的相对位移，车轮滚动时走过的距离将比纯滚动时小，这一现象叫蠕滑。 条件：轮轨接触形成接触斑，轮轨间有运动或者相对运动趋势，接触斑上产生切向力。 蠕滑率其实就是车轮相对钢轨在各方向的相对滑动率。分为3种：纵向蠕滑率、横向蠕滑率、自旋蠕滑率。 纵向蠕滑率＝(车轮实际前进速度－纯滚动前进速度)/纯滚前进速度 横向蠕滑率＝(车轮实际横向速度－纯滚动横向速度)/纯滚前进速度 w L R e y r r 2-=λ浅谈万吨重载货物列车智能驾驶
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