铁路超限货物装载技术相关问题研究.pdf

西南交通大学 博士学位论文 铁路超限货物装载技术相关问题研究 姓名 李雪芹 申请学位级别 博士 专业 交通运输规划与管理 指导教师 彭其渊 20081201 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国经济社会和科学技术的快速发展 铁路运输事业突飞猛进 极大 地提高了广大群众的生活水平和出行质量 与此同时 经济社会的发展和群众 生活的改善对铁路运输也必然提出了更多更高的要求 超限运输作为铁路货物 运输中地位独特的运输组织方式 对于经济社会的发展发挥着重要作用 但在 运输货物形状不规则性和重量分布不均衡性体现更为明显的今天 同样面临着 诸多新任务和新挑战 然而铁路超限货物运输安全监控体系不完善 装载决策 机制不健全 信息化水平不高的现状 根本无法适应新形势下的新要求 尤其 是在提高货物列车速度或者是在现有限制速度的情况下 如何提高货物装载技 术显得十分重要 因此开展该论文的研究具有十分重要的理论意义和应用价值 铁路超限货物运输是指装货车辆停留在水平直线上 车辆纵中心线与线路 中心线处于同一垂直面上时 货物任何部位超出机车车辆限界或特定区段装载 限界 如果货物是到达或通过特定区段 的运输组织方式 论文运用系统工程 的分析方法 从铁路货运技术及装载加固理论出发 并结合铁路运输发展实际 对超限货物运输的影响因素进行了剖析 并就货物装载的安全监控和装载方案 的智能决策建立模型进行了分析和验证 论文重点就不同条件下超限货物装载 的重心限制高度 重心偏移 重心高与限制速度的关系进行了比较和模拟研究 对合理重车重心高 重心偏移和限制速度值作了实例解算 主要研究成果如下 1 超限货物运输的影响因素以及装载安全监控系统 论文从超限货物承 运车辆 铁路限界 电气化铁路以及管理等方面分析入手 系统总结了影响超 限货物运输发展的四大要素 与此同时 针对超限货物运输安全检测的原理以 及安全监控系统进行了探讨和分析 2 为了尽量降低货物的超限程度 提高列车的运行速度 并保证列车的 运行安全 研究了超限货物的部分装载参数 重车重心高 货物重心偏移 货车运行速度 针对影响超限货物运输安全的因素之一 车辆因素 做了详 尽的研究 分析了车辆运行稳定性的影响因素 车辆本身结构 货物装载工况 车辆运行工况等 对车辆的受力情况作了深入的研究分析 通过一系列的模型 假设 分析了在脱轨和倾覆的情况下最不利受力状况 并建立了脱轨模型和倾 覆模型 推导出脱轨系数公式和倾覆系数公式 并详尽分析了各横向力对倾覆 系数的贡献 在此基础上 进一步采用固定参数 通过选定车型 设定装载工 况 运行线路情况和运行速度等条件 分析超限货物装载的一些参数之间的相 第1 l 页西南交通大学博士研究生学位论文 i i 一一 一一l l l l i l i l l l i l l 一 互关系 以及装载参数与脱轨系数和倾覆系数的关系 以d 5 d 2 3 d 3 0 型长大 货车为例 固定车辆的性能参数 使用m a t l a b 软件进行分析计算 例如 研究 在其余参数都已知的情况的 重车重心高与倾覆系数的关系 重车重心高与脱 轨系数的关系 货物重心偏移分别与脱轨系数和倾覆系数的关系等 进而分析 在各不利因素下 重车重心的限制高度 货物重心容许的横向偏移 以及重车 重心高与限制速度的关系 对倾覆和脱轨情况分别建立了两种模型 并比较了 模型的优劣 3 超限货物的装载决策 超限货物的装载决策是一个复杂的过程 以往 依据人工计算的过程比较复杂和缓慢 本文对装载方案给出了数学模型描述和 实例模型描述 并给出求解方法 给出了实例模型推理规则 关键词 超限货物 倾覆系数 装载决策 重心偏移 重心高 西南交通大学博士研究生学位论文第l ii 页 a b s t r a c t h a n k st or a p i ds o c i a l e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n ds c i e n t i f i cp r o g r e s s r a i l w a y t r a n s p o r t a t i o ni nc h i n ah a sm a d eg i a n ts t r i d e s a n dg r e a t l yi m p r o v e sp e o p l e sl i f e l e v e la n dt r a v e lq u a l i t y a tt h es a l t l et i m e f a s td e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ya n d p e o p l e sl i f el e v e lr a i s e sh i g h e ra n dh i g h e rr e q u i r e m e n t so nr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n o u t o f g a u g et r a n s p o r t a t i o n a sas p e c i a lr a i l w a yf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o nm e t h o d p l a y s a l l i m p o r t a n t r o l ei ns o c i a l e c o n o m i c d e v e l o p m e n t h o w e v e r o u t o f g a u g e t r a n s p o r t a t i o ni sf a c i n gm a n yn e wt a s k sa n dc h a l l e n g e sb e c a u s en o w a d a y sm o r ea n d m o r ej g o o d sa r eo fi r r e g u l a rs h a p ea n du n b a l a n c e dw e i g h td i s t r i b u t i o n d u et o i n a d e q u a t es a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e m l o a d i n gd e c i s i o n m a k i n gs y s t e ma n dl o w l e v e l i n f o r m a n i z a t i o ns y s t e m c u r r e n to u t o f g a u g et r a n s p o r t a t i o nc a n n o tm e e tt h en e w r e q u i r e m e n t s t h a ti st os a y h o wt oi m p r o v el o a d i n gt e c h n o l o g yu n d e rt h ec u r r e n t s p e e dl i m i to ra f t e rs p e e di n c r e a s ei sv e r yi m p o r t a n t t h e r e f o r e t h i sp a p e ri so fg r e a t t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e s r a i l w a yo u t o f g a u g ef r e i g h tt r a n s p o r t a t i o nm e a n st r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n o f f r e i g h tc a rw h o s ea n yp a r tg o e sb e y o n dt h er o l l i n gs t o c kg a u g eo rl o a d i n gg a u g ei n s p e c i a ls e c t i o n i ft h ef r e i g h tc a ri sa r r i v i n ga to rp a s s i n gt h es p e c i a ls e c t i o n w h e n t h ef r e i g h tc a rs t a y so nah o r i z o n t a ls t r a i g h t l i n ea n d l o n g i t u d i n a lc e n t e r l i n ea n d c e n t e r l i n eo ft h ec a ra r ei nt h es a m ev e r t i c a lp l a n e c o n s i d e r i n gc u r r e n tr a i l w a y f r e i g h tt e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n tt r e n d o fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n t h i s p a y e r a n a l y z e st h ef a c t o r si n f l u e n c i n go u t o f g a u g ef r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ni nc o m b i n a t i o no f s y s t e me n g i n e e r i n gm e t h o da n dl o a d i n g f i x i n gt h e o r y i na d d i t i o n t h ep a p e ra l s o m a k e sm o d e l i n ga n a l y s i sa n dv e r i f i c a t i o no fs a f e t ym o n i t o r i n go ff r e i g h tl o a d i n ga n d i n t e l l i g e n td e c i s i o no fl o a d i n gp l a n t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nc o m p a r i s o na n d s i m u l a t i o nr e s e a r c ho fr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p e e dl i m i ta n dg r a v i t yc e n t e rh e i g h t l i m i t g r a v i t yc e n t e ro f f s e ta n dg r a v i t yc e n t e rh e i g h t e x a m p l e so nh o wt or e a l i z e r e a s o n a b l eg r a v i t yc e n t r eh e i g h t g r a v i t yc e n t e ro f f s e ta n ds p e e dl i m i ta r ea l s og i v e n i nt h i sp a p e r m a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w s 1 f i r s t l y w ef o c u s o nt h e i n f l u e n c ef a c t o r so fo v e r l o a d e d c a r g o s t r a n s p o r t a t i o na n d i t s s a f e t ym o n i t o r t h e s ef a c t o r si n c l u d i n gt h e v e h i c l ef o r 第l v 页西南交通大学博士研究生学位论文 l i l l i i l i i i l l l l l 一i 一 i i l 一 o v e r l o a d e dc a r g o r a i l w a yc l e a r a n c e m a n a g e m e n tf a c t o r s a n ds oo n a sf o rt h e s a f e t ym o n i t o r w ea n a l y z et h ep r i n c i p l e sf o ro v e r l o a d e dc a r g o ss a f e t yc o n t r o la n d t h es a f e t ym o n i t o rs y s t e m 2 s e c o n d l y w es t u d yt h ep r a c t i c a lh e i g h t o fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g o l o a d i n ga n dt h el i m i t so fc e n t e ro fg r a v i t yt r a n s v e r s ed e v i a t i o no fc a r g o o nt h eo t h e r h a n d t h eh e i g h to fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g oh a sg r e a te f f e c to nt h es p e e do f t r a i ni s a l s oi n v e s t i g a t e d i no r d e rt or e d u c et h el e v e lo fo v e r l o a d i n go fc a r g o t or a i s et h e s p e e do ft r a i na sw e l la st oi n s u r et h es a f e t yo ft h et r a n s p o r t a t i o n w es h o u l ds t u d yt h e r e l a t i o n s h i po ft h eh i g hc e n t e ro fg r a v i t yo fh e a v y h a u lt r a i na n dt h es p e e dl i m i t s a s w e l la st h er e l a t i o n s h i po ft h er e s t r i c t i o no ft h et r a n s v e r s ed e v i a t i o no fc a r g o sc e n t e r o fg r a v i t ya n dt h er e s t r i c t i o no ff r e i g h tt r a i n sh e i g h to fc e n t e ro fg r a v i t y a c c o r d i n g t ot h ef o r c ec o n d i t i o no ft r a i n s w ei n v e s t i g a t et h eu n f a v o r a b l ef o r c ec o n d i t i o no f s t a b i l i t yf r o mc a p s i z i n ga n dd e r a i l m e n ts t a b i l i t yo ft r a i n s w i t ht h em o s tu n f a v o r a b l e c o n d i t i o n s w eu s et h es t y l e so fd 5 d 2 0 d 2 3 d 3 0c a r g o e sa se x a m p l e sa n dm a k et w o k i n d so fo v e r t u r nm o d e l sa n dt w ok i n d so fd e r a i l m e n tm o d e l s o n ec o n s i d e r st h e r o l l i n ga n g l eo ft r a i n sa n dt h eo t h e rd on o tc o n s i d e ri t f u r t h e r m o r e s i m u l a t i o n c a l c u l a t i o ni sm a d ew i t hm a t l a bt oe x a m i n et h er e l a t i o n s h i po ft h eo v e r t u r n i n g c o e f f i c i e n tw i t ht h eh e i g h to fc e n t e ro fg r a v i t yo fh e a v y h a u lt r a i na n dt h es p e e do f t r a i n sa n dc e n t e ro fg r a v i t ys h i f to fc a r g o e s a sw e l la st h er e l a t i o n s h i po fd e r a i l m e n t c o e f f i c i e n tw i t ht h eh e i g h to fc e n t e ro fg r a v i t yo fh e a v y h a u lt r a i na n dt h es p e e do f t r a i n sa n dc e n t e ro fg r a v i t ys h i f to fc a r g o e s o nt h i sb a s i s w ea l s oa n a l y z et h e r e l a t i o n s h i pa m o n gt h el i m i t so ft h ec e n t e ro fg r a v i t yo ft r a i n s t h ec e n t e ro fg r a v i t y o fh e a v y h a u lt r a i na n dt h el i m i to ft h es p e e do ft r a i n s a sw e l la st h er e l a t i o n s h i po f t h er e s t r i c t i o no ft r a n s v e r s ed e v i a t i o no fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g o e sa n dt h e u t i l i z a t i o no fv e h i c l el o a d i n g 3 t h i r d l y w ea n a l y z et h el o a d i n gd e c i s i o n sf o ro v e r l o a d e dc a r g o s i n c ei ti s e x t r e m e l yc o m p l i c a t e dt om a k e ad e c i s i o nf o ro v e r l o a d e dc a r g o sl o a d i n g w em a k ea m a t h e m a t i c a lm o d e la sw e l la sa na c t u a le x a m p l et og e tt h ed e c i s i o n so fo v e r l o a d e d c a r g o sl o a d i n gi s s u e s k e yw o r d s o u t o f g a u g eg o o d s o v e r t u m i n gc o e f f i c i e n t l o a d i n gd e c i s i o n g r a v i t y c e n t e ro f f s e t g r a v i t yc e n t e rh e i g h t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和 借阅 本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密因 使用本授权书 请在以上方框内打 4 学位论文作者签名 妒并指导老师签名 日期 硝 6 1 0 1 y夕 破 弦 乍 期 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均己在 文中作了明确的说明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 本学位论文的主要创新点如下 1 本文所建立的模型同现有的研究文献不同之处是 同时考虑了车辆运行 速度对横向振动惯性力的影响和车辆本身的性能因素影响 如车体弹刚度 车 体偏移特性等 因此模型更接近实际 此创新点体现在论文的第3 章第3 节 2 对于车辆所受的各种横向力对车体倾覆的影响作了定量的的分析研究 并且对对车辆的运行速度和重车重心高之间的关系作了定量分析 首次给出了 车辆载重利用率不同对于货物重心容许横向偏移的取值不一样的结论 并通过 模型证明了此结论 此创新点体现在第3 章第5 节和第4 章 3 车辆是一个复杂的系统 通过一系列的模型假设 忽略影响较小的因素 考虑主要因素 建立了基于车辆倾覆和基于车辆脱轨的车辆受力模型 并且模 型简单易懂 求解方便 针对模型中的众多参数 设置临界条件 在固定其他 众多参数的情况下 只分析其中2 3 个参数之间的关系 并通过临界条件的确 定 确定其中某些参数的取值范围 此点在第3 章中都有体现 4 对超限货物的装载决策 在已知装载方式的条件下描述了装载数学模型 求解货物的合理装载点 在装载方式未知的情况下 描述了的货物装载实例模 型 通过输入超限货物的尺寸信息 查找实例库中与现有货物相似的实例 并 给出了一系列的模型推理规则 体现在论文中第5 章第2 节 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 1 1 1 问题的提出 第1 章绪论 超限 超重货物运输是铁路货物运输中一类特殊的货物运输 它的运量在 铁路总运量中所占比例很小 但其大部分是国家重点工程项目的关键设备 这 些货物能否安全 迅速地运到目的地 不仅对整个国民经济的发展有重大影响 也关系到铁路的形象和声誉 由于超重 超限货物本身的特殊性 要求它的装载和运行组织方案与普通 货物有很大的不同 就装载来说 它要求有严格的加固方案 以保证货物在运 输途中不发生纵向和横向的位移 以保证运输的安全 l 就运行组织来说 不 少超限货物由于重心较高 尺寸较大 由于它超过各种设备的安全限界 在运 输过程中要求限制车辆运行速度 或者拆除部分设备后再通过 对于阔大货物 来说 在运输途中 与其他车列交会时 如果小于安全行车间距时 就要求采 取限速或者禁止会车的措施 对于超重货物 由于它的重心超高 在运输途中 很容易发生颠覆 特别在外轨超高或经过曲线的时候 一般也是采取限速运行 的措施 l 现在中国铁路的运输模式还主要是客货混跑 尤其是在繁忙干线上 行车密度大 重点客车比较多 运行速度高 而限速运行的超限车的放行会对 列车运行秩序带来很大的干扰 2 j 我国铁路正处于跨越式发展阶段 2 0 0 7 年4 月1 8 号实施第六次大面积提速 后 部分提速干线旅客列车最高速度提至2 0 0 k m h 货物列车最高运行速度提 至1 2 0 k m h 列车提速后技术装备和线路利用情况都将发生很大的变化 要保 证高等级列车的开行 无疑对超限货物运输提出了更高的要求 2 1 另外 为适应旅客列车速度的提高 线路最大曲线外轨超高值也随之增大 因为超限货物的重量一般较大 重心偏高 势必影响超限货物列车的运输安全 2 o 对于货物装载加固来说 重车重心高度是铁路运输的一项基本安全技术标 准 它是影响重车运行稳定性的主要因素之一 重车重心越高 重车运行的稳 定性越差 为了保证重车运行的安全 我国铁路规定 重车重心高度一般不允 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 许超过2 0 0 0 m m 超过2 0 0 0 m m 时应该限速运行 l 实际上 部分油罐车及高 边敞车装载轻质货物 如木材 棉花等 的货车的重车重心高多数都超过 2 0 0 0 m m 0 8 年新修订的 危险货物运输规则 已经修改了铁路罐车重心限制 高度 将原来的2 0 0 0 m m 提高到2 2 0 0 m m 对其余车辆的重车限制高度并没有 改变 实际运行的车辆当重心高超过2 0 0 0 m m 运行速度超过了文献 5 规定速 度的情况下也能保证运输安全 如果限速规定过于保守 必然降低列车速度 将严重影响铁路的通过能力 造成运输能力的极大浪费 如果对于该限速的不 限速 就将会危及行车安全 多年的铁路运输实践证明 现行2 0 0 0 m m 的规定 由来已久 没有考虑科学技术的发展和车辆结构的改进 对重车重心高的限制 可否适当放宽一些 根据我国铁路普通车流中存在着重车重心在2 0 0 0 2 3 0 0 m m 的实际情况 从理论上研究我国重车重心的合理高度 可以减少限速运行车辆 的车数 从而提高线路输送能力 2 货物重心横向偏移会造成车辆横向上的偏载 而偏载对车辆本身的技术状 态和列车的运输安全都是一种直接的威胁 如果列车长期处于此种运行情况下 列车的车轮及轴受力不匀 易发生断轴 切轴 爬轨和列车颠覆等事故的发生 为保证运行安全 铁路货物装载加固规则 铁运 2 0 0 6 1 6 1 号 以下简称 加 规 规定 i 装车后货物总重心的投影应位于货车纵 横中心线的交叉点上 必须偏离时 横向偏移量不得超过l o o m m 但是 在铁路运输中 有些货物因其形状 重量等原因导致重心所在垂直 平面两侧水平宽度不等 当将其重心落在车辆纵中心线上时可能超限 甚至无 法通过铁路建筑限界 这时可以采用货物偏离车辆纵中心线即货物重心横向偏 移的装载方案 由此可见 货物重心横向偏移量也是避免超限或降低超限等级 的一种有效方式和手段 货物的装载加固经多年的实践 已制定出一套完整的装载加固定型方案和 常用的计算公式 以及常用装载加固材料与装置 l 一 铁运 2 0 0 6 1 6 1 号颁布 铁 路货物装载加固规则 5 超限货物运输仍使用铁道部颁布的 7 9 铁运字1 9 0 0 号 铁路超限货物运输规则 6 现行超限货物计算宽度中附加偏差量e 值中 走行部最大横向游间是根据2 0 世纪5 0 年代具有滑动轴承的车辆走行部横向游 间确定的 现行使用的新货车大部分采用滚动轴承 新货车的参数较旧货车有 很大的改变 铁路列车经过6 次提速后 线桥设备得到一定的强化 由于设备 问题导致的限速同益减少 综上所述 超限货物的重心高度 重心偏移以及限制速度对于铁路运输的 安全和铁路运输的能力具有很大的影响 因此 提出科学的超重 超限货物的 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 装载加固技术参数 对于减少运输的干扰 发挥铁路运输能力的利用率 提高 超限超重货物运输效率和加速送达有着重要的作用 1 1 2 研究意义 超限货物运输是伴随国民经济发展和大型设备的制造安装而兴起的 运输 对象包括发电设备 输变电设备 轧钢设备 炼油厂 化肥厂 化纤厂的大型 设备以及大型工程设备等 它们对于推动国民经济的发展具有举足轻重的作用 随着我国经济的发展和改革开放的不断深入 以开发西部 振兴东北老工 业基地 西电东输为标志的基础建设的加强 超限货物运输出现新的机遇和前 景 各种运输方式间的竞争必将同趋激烈 尤其高速公路的发展和各种大型汽 车的出现 使得铁路在超限货物运输市场中的地位受到挑战 面临的形势十分 严峻 由于超限货物的运输条件的限制 铁路运送超限货物时 在某些地点要求 限速运行 这极大地浪费了铁路运输的通过能力 超限货物运输的装载理论研 究如何充分利用铁路限界资源 科学合理地确定重车重心限制高度和运行速度 确定货物重心的横向偏移 降低超限等级 确保货物运输的可靠性 以便安全 迅速地组织超限货物运输 是判定超限货物运输可能性和难易程度及合理确定 超限货物运输成本的重要依据 因此 深入研究超限货物装载理论 改善与加 强组织管理 对于提高铁路超限货物送达时效 减少超限车对铁路通过能力的 影响 做好运输工作 实现安全 迅速地运送大件货物 以及加强铁路自身在 超限货物运输市场中的竞争能力 增进社会效益 促进国民经济的发展 都具 有重要意义 1 2 国内外超限货物运输研究现状 1 2 1 国内超限货物运输研究现状 从建国初期到2 0 世纪5 0 6 0 年代 中国铁路从原民主德国陆续进口了一 批凹底平车和落下孔车 以下简称大型车 同时国内也相继生产出d 2 0 型钳夹 车 d l o 型凹底平车等车型 从2 0 世纪7 0 年代初至8 0 年代 为了支持国内基 础产业的发展 铁路部门先后研制并生产出d 3 5 d 2 d 2 3 型等大车 运输能力 进一步提高 铁路的运输主力地位进一步巩固 近年来 铁路通过技术引进 自主研制等多种方式 实现了铁路超限货物运输装备数量的稳步增加和技术水 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 平的不断提高 长大货物车数量由2 0 世纪5 0 年代的1 0 0 余辆 发展到目前的 4 0 0 余辆 车型由凹底平车和落下孔车 发展到目前的凹底平车 落下孔车及长 大平车 双联平车 双支承车 钳夹车等多种车型 最高承载t 位由6 0 9 0 t 发 展到目前的3 8 0 t t l l 2 0 0 0 年以来 超限货物运量增势强劲 平均每年增长约3 5 铁路超限货物平均送达时间长 运到时间难以保障 远远不能满足货主和 市场经济发展的要求 大大降低了铁路超限货物运输的市场竞争能力 原因有 以下几个方面1 2 j 1 超限车在运输过程中常有限速 限会要求 货物在途中的等待时间 增加 2 超限车大部分编入区段列车或摘挂列车 停站多 在技术站和中间 站作业时间长 3 许多路局和车站为减少超限车运行对通过能力的影响 把超限车集 结一起开行 集结时间长 我国铁路科技工作者对超限货物运输进行了大量的科学研究和科学试验 在超限货物运输领域内的主要研究成果有如下方面 超限货物装载加固 文献 8 1 9 4 6 提出了超限货物装载加固方法 并制定了货 物装载定型方案 为超限货物的装载加固提供了可靠的依据 其研究成果集中 体现在现行的 铁路超限货物运输规则 简称 超规 铁路货物装载加固 规则 简称 加规 和 铁路货物装载加固定型方案 等规章制度及方案中 并分析了影响货物装载加固的因素 提出要加强铁路货运职工的业务培训 增 加监控设备 提供监控手段 文献 2 0 3 0 对圆柱体货物超限等级的判定 降低货 物超限等级 超长货物装载的车辆选择 掩木 横挚木或货物转向架合理高度 计算等优化设计进行了探讨 李方豫 盖宇 3 i 3 2 研究了采用配重方式降低不 均匀超限货物等级 以及对超限货物超长额度进行了研究 文献 1 2 9 1 3 6 1 对于 超限货物装载安全 装载的重心高 货物重心偏移进行了研究分析 铁路限界研究 铁路限界的基本作用是保证所有机车车辆在线路上安全行 驶 文献 3 3 3 5 制定了我国国家标准轨距铁路机车车辆限界标准及建筑限界标准 文献 3 6 弓2 研究了铁路限界的特点 铁路限界对超限货物运输的影响 铁路限界 的管理以及科技手段在铁路限界管理上的作用等 郭维鸿 鞠殿铭 5 习分析了铁 路机车车辆限界和建筑限界的内在联系和特点 倪昌 5 4 5 5 分析了我国铁路限界 与德国铁路限界的异同和特点 并给出了地铁车辆限界的计算方法 刘国泰1 5 6 l 研究了铁路限界综合管理信息系统的开发 张成森 57 分析了铁路静态限界与动 态限界 并给出了车辆限界的检测方法 王久梗 顾守淮 5 8 j 分析了区段综合限 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 界计算方法 确定了各建筑限界检测高度相同和不同时区段综合限界的确定 区段综合限界是确定该区段允许通过的超限货物最大规格以及运行条件的重要 依据 也是同常运输管理工作中必不可缺的基本数据 超限货物运输组织 文献 5 9 6 0 针对现行规章中超限货物计算宽度不能反 映超限货物超限程度和运行条件的问题 给出了货物在直线上和曲线上的四种 状态 并推导出新的计算公式 对于建立科学的超限货物运输理论有重要的意 义 秦魁斟6 1 通过计算指出 超限货物的增加 铁路的提速 超限车的限速运 行都对铁路通过能力影响很大 提出必须加强科学调度 减少限速运行 张瑛 李心田和郭宝忠 6 2 阐述了旅客列车提速和货物列车重载都将引起铁路设备更 新改造 它对铁路运输组织与行车安全提出更高的要求 也给超限货物运输带 来诸多困难和问题 对此提出了相应的对策 文献 6 3 研究了超限货物货车结构 货车随机振动 货车常见故障 超限等级及货物稳定性 引 超限货物运输信息化 在超限货物运输信息化方面 文献 7 4 7 8 1 进行了以下 研究 分析中国铁路超限货物运输的优势 特点和现状 如何利用计算机选择 合理的装载方案 检测货物装载的超偏载问题 这些论文对超限货物运输信息 化建设作了有益的探索 但总体上不够成熟 这个方面实际投入使用的系统是 由成都铁路局开发的 超限货物运输调度微机辅助管理系统 于1 9 9 1 年1 1 月 鉴定 它是全路在超限调度工作中使用的计算机首个系统 系统不仅提高了超 限货物的计算精度及工作质量 而且还大大减轻了工作人员的劳动强度 缩短 了超限货物的审批时间 7 9 1 但该系统由于智能化程度不高和维护性差等原因 没有得到推广 现在已弃用 l j 1 2 2 国外超限货物运输研究现状及发展趋势 由于铁路在世界各国的综合运输网络中的地位不同 各国对于铁路货运的 研究程度也不一样 美国由于铁路限界小 运输超限货物大大受到了限制 而 公路运输十分发达 基础设施较好 车辆承载能力大 8 引 因此美国的超限货物 大部分采用公路运输 铁路超限货物的运输研究较少 英国由于铁路限界过小 限制了铁路超限货物的发展 而前苏联和东欧各国 德国及国际铁路联盟对超 限货物运输的有关理论研究的较多 7 j 文献 引 9 9 对铁路限界 超限货物运输车辆 机车动力学方面做了大量研究 德国铁路部门非常重视超限货物的运输 在德国的铁路超限货物运输的百 余年的历史中 源于运输大的需要 产生了适用于各种用途的长大货车 7 1 他 们为用户提供各种类型符合用户愿望和市场需要的长大货车 通过在铁路运营 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 中市场调查 取消了那些由于货物运输的发展而不再有使用价值的旧车 购置 了一些符合市场变化需求的多用型新车 对于自承式货物运输 采取特殊的监 控措施 德国铁路中央商务局长大货物运输专家顾问就运输可能性和货物装卸 条件进行相应的探讨 7 引 文献 8 1 州介绍了德国铁路在超限货物运输方面的研究成果 在超限货物分 级方面 德国铁路采用与前苏联及东欧各国相似的统一分级办法 只是在区域 划分方面 分成三个区域 由于两者采用的建筑限界尺寸不同 每一区域内的 超限轮廓的数量 间隔 尺寸也不相同 德国铁路为缩短超限货物运送时间 采用多种办法进行超限货物的运输组织工作 可以概括如下 1 0 3 1 代码法 它的基本作法是 将铁路的承载车辆 货物和线路都编成各 种不同的代码 其中车辆代码按车型确定 货物代码以其断面轮廓尺寸来表示 线路代码表示允许通过的最大断面 并通过预先规定的三者之间的搭配关系 选择运输径路和判定超限货物运输的可能性 2 新的超限限界法 它的基本作法是 绘出各种超限限界图 并标以代 号 同时绘出哪些路径容许运送不同代号的超限货物的线路图 这样便能清楚 地看出哪些线路可以运送哪些代号的超限货物 3 重型车辆法 将各种重型车辆分类 并规定出相应的运送条件 如运 送的货物重量 可以跨越的桥梁及运行的线路等 从而方便超限货物运输组织 4 计算机技术支持下的超限货物运输处理系统 以上各种方法都需要计算机技术的支持 从货物超限等级的计算到运行径 路的选择及运行条件的确定等各个方面都要借助计算机网络系统辅助完成 由 于建立这样的计算机网络系统须大量的资金和人力 还需建立相关配套措施 因此目前德国铁路尚未完成超限货物运输管理的计算机化 前苏联是世界上铁路比较发达的国家之一 也是对我国铁路建设和运营管 理影响较大的国家 我国在超限货物运输管理的许多方面都借鉴了前苏联的经 验 近年来随着国际联运的发展 为方便超限货物运输组织 1 9 8 9 年开始在保 加利亚 匈牙利 波兰 罗马尼亚 捷克和前苏联铁路上试用超限货物统一分 级办法 1 0 3 1 在车辆偏移计算方面 前苏联和东欧各国 将在线路上由于车辆走行部横 向游间而产生的横向偏移量 按有关各国铁路平车在直线和曲线上偏移量的大 小 取决于车辆长度和销距 分为三种类型 并将偏移量分别取为1 1 5 1 4 0 17 0 m m 三个值 1 0 3 l 西南交通大学博士研究生学位论文 第7 页 对于车辆运行中由于车辆振动 倾斜所产生的横向振动偏移量按高度分四 段 并分别取值 高度为1 2 0 0 3 8 0 0 m m 时取1 0 0 m m 高度为3 8 0 1 4 3 0 0 m m 时 取1 l o m m 高度为4 3 0 1 4 6 5 0 m m 时取1 2 0 m m 高度为4 6 5 1 4 7 5 0 m m 时取 1 2 5 m m 1 0 3 文献 1 0 0 j 0 1 中给出了国际联运动力车的动态限界 国际联运客车和行李车的 动态限界和国际铁路运输中使用的货车动态限界的确定方法 其中比较详细系 统地分析了车辆结构和线路状况对车辆运行所需空间限界的影响 对于由车辆 走行部分横向游间而产生的横向偏移量 给出了具体计算公式和表格 对于车 辆运行中产生的横向振动偏移量则考虑在安全预量中 具体数值由各个国家自 己确定 1 0 3 1 国外超限货物运输的发展趋势如下 一 采用新技术提高装载加固水平 俄罗斯在部分车辆车底板两侧部位预留有加固孔 方便使用螺栓将货物加 固在车底板上 提高了加固效率也减少了因焊接对车辆造成的伤害 德国铁路 为了方便货物的 门到门 运输 采用了先进的更换车辆转向架的方法 实现 了铁路与公路的简捷换装等 二 提高大型车运行速度 提高车辆的运行速度是降低超限货物运输成本 减少运输干扰 提高运输 效率的有效手段 目前 俄罗斯 德国 奥地利等国铁路都进行了这方面尝试 俄罗斯计划将超限重车的运行速度由8 0 公里 小时 提高到9 0 公里 小时 德国 奥地利5 0 0 t 钳夹车的空车构造速度为9 0 1 0 0 公里 小时 重车最高速 度达到6 5 9 0 公罩 小时 三 增加车辆承载能力 国外铁路部门已经充分认识到随着经济的发展 大型 超大型设备如发电 机定子 变压器等超限货物的重量 体积会越来越大 需要制造满足运输需要 的新型车辆 俄罗斯生产的3 6 轴长大货物车 载重7 0 0 t 俄罗斯 奥地利等国 拥有载重5 0 0 t 钳夹车 美国拥有载重量达到8 0 7 t 的超大型运输车辆 四 改进车辆结构 降低车辆自重 目前国外大型 超大型车辆均广泛采用高强度钢材以提高车辆的许用应力 降低自重系数 例如 德国 奥地利等国5 0 0 t 钳夹车使用4 6 0 5 1 0 m p a 的高 强度钢材 车辆自重降低到2 1 6 2 2 7 t 自重系数在0 4 3 3 0 4 5 4 范围内 五 研制开发公铁两用长大货物车辆 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 部分企业没有接通铁路线 在铁路运输的两端就需要公路的短途运输 在 实现 f l n f l 运输方面 德国铁路做得较好 德国铁路除了自身备有一定数 量的公路运输车辆提供短途运输外 还应货主的要求 采用更换走行部等先进 手段 解决了公铁换装的问题 这种换装方式既安全又方便 提高了运输时效 满足了货主的需求 同时进一步增强了铁路的核心竞争力 1 3 论文研究方案 1 3 1 研究目标 本文致力于超限货物装载技术相关问题的研究 对超限货物装载的一些参 数 装载位置的决策等进行了分析 超限货物的装载决策是一个复杂的过程 而且涉及到装载参数本身的确定也是非常复杂的 论文正是在这种情况下 运 用以往的研究成果和相关的理论知识 将超限货物装载的相关参数通过建立模 型来寻求求解方法 同时尽量使研究的内容成为一个有机的整体 本文的研究目标为 过系统的分析 确定超限货物装载的相关参数 科学 合理的进行超限货物装载决策 构建相关的模型以及给出相应的求解方法 使 之成为一个相对完整的理论体系 为超限货物运输提供理论参考 1 3 2 研究方法与技术路线 由于对超限货物装载的有关参数一直都是沿用2 0 世纪3 0 年代的有关规定 多年来没有改变 随着线路条件以及车辆条件的改善 有些参数需要调整 目 前我们国家都是通过装载实验得出有些数据 本论文研究以理论分析为主 在 相关章节构建具体的模型和求解方法进行分析与演绎 本文的研究紧紧围绕超限货物装载技术 以理论研究为主 在研究过程中 充分借鉴和参考以往的研究成果 将定性分析与定量计算 横向比较与纵向分 析相结合 采用系统科学的观点和方法 文献分析法及数理模型的方法进行研 究 同时借鉴工程力学 实验数学 系统科学等相关学科的研究方法 技术路线如图卜l 所示 西南交通大学博士研究生学位论文第9 页 图1 1 技术路线图 1 3 3 研究内容及论文结构 结合我国当前超限货物装载决策 以及装载参数的研究 以理论研究为主 借鉴多学科的观点和方法 论文研究的主要内容确定为以