023重载列车技术.ppt

重载列车技术,重载列车技术涉及的方面,重载列车相对于普通货物列车一般技术与特殊技术技术的连续性与突破技术安全性技术经济性,一.重载列车概况,11定义：列车重量5000T，轴重25T，年运量2000万吨新变化：列车重量8000T，轴重27T，年运量4000万吨,12类型：,重载单元列车1958年美国，单一车辆、固定编组、循环运输组合列车1969年苏联，两列普列、局部区段、超重超长列车1979年苏联，单机或多机、列车重量大、正常运输、,1.3我国的情况：,19851990组合：固定车底（运煤）不固定车底65008000（7400）19901992:重载单元列车：大秦线等单机6000、双机100001992目前整列式5000：繁忙干线目前:大秦线20000,1.4系统工程,运输组织方式安全车、线、网高效配套措施相关方面适应性,二.重载列车动力学,2.1相关学科牵引计算学、车辆动力学、列车纵向、横向、垂向动力学、列车线路耦合动力学目的方法,2.2列车纵向动力学,每节车Fi=ma求解方程组,各作用力的基本特性,Fi牵引力、制动力、钩缓装置作用力、阻力及其它作用力GK，103，120,ECP,FbFb,制动力：制动缸压力，波速，斜率，闸瓦摩擦系数Fc钩缓装置作用力：特性、间隙2#，3#，MX，MT，胶泥；2#，13，16，17,制动力的基本特性,制动波的传递,列车管减压，各车辆制动缸压力顺序传递,相邻车辆的制动力差,pb取决于制动波速和升压斜率,不同制动阀的制动波速,闸瓦的摩擦特性,闸瓦的摩擦系数随速度变化,缓冲器的特性,缓冲器的特性：落锤试验、静压试验列车工况动态特性：取落锤试验的包络线,三.列车纵向冲动的机理,31基本过程列车变工况：起动、制动、缓解、调速示例：乘坐火车（纵向、垂向、横向）激扰源从前部逐渐挤压整列受压从后部逐渐反弹受拉整列受拉振动衰减,稳定工况,稳定工况：列车在不变的或缓慢变化的牵引力、动力制动力的作用下，做匀速或减速运动的运动工况。在稳定工况中，列车的纵向冲动较小。全列车的各节车的加速度基本相同。,过渡工况,过渡工况：即在较短的时间内，列车从一种操纵状态过渡到另一种操纵状态。这时列车中的纵向冲动将会很大。过渡工况：列车起动、急剧地增加或卸除牵引力、制动、列车通过坡道起伏较大的线路断面时的运动及调车作业中车辆的碰撞。,列车的初始状态,列车变化工况时的初始状态钩缓装置的结构间隙,钩缓装置的间隙,一对钩缓装置存在40mm左右的间隙，考虑到磨损，间隙有可能增加到60mm，70辆编组的5000t列车，可达4.2m。考虑缓冲器初始阶段阻抗力，间隙更大小间隙车钩，甚至无间隙牵引杆提高缓冲器初始阶段刚度，增大阻抗力,32间隙效应,钩缓装置具有间隙无阻抗行程车辆间相对速度增大冲撞作用车辆聚集后再冲撞列车纵向冲动列车变工况时的车钩状态间隙效应列车纵向冲动的大小和形态有利：便于列车起动(过去滑动轴承，坡道起动)不利：列车纵向冲动明显增大,33冲动的特点,冲击：列车变工况时的车辆间相对运动具有冲击的特点，聚集：车辆不断冲撞聚集，形成列车纵向冲动振动：列车纵向冲动总体上具有振动的特点，逐渐衰减,冲动的特点,纵向冲动的变化过程,调车工况与列车工况比较,调车工况与列车工况比较,四.主要技术问题,4.1列车纵向冲动4.2既有装备开行重载列车4.3新型装备的发展方向4.4研究操纵技术4.5研究安全技术,4.1列车纵向冲动,列车纵向冲动随长度增加明显增加，导致安全性降低、故障增多涉及一系列问题动力学（断钩、脱轨、钩缓破损、）制动安全性（可靠性、充风不足、缓解）操纵合理性（不同操纵方法的影响）运输组织（编组、运营）,4.2既有装备开行重载列车,系统的方法：全面、理论、试验、实践列车的编组：辆数、机车的动力制动、车辆的轴重、钩缓装置、制动阀）列车的开行：运行条件（限速、停车缓解、技规要求）、主辅机车的联系（对讲机、同步装置）特殊要求：特殊操纵技术、突破技规要求、编组要求（机车、空重车、关门车）,4.3新型装备的发展方向,技术政策的长期指导性重载列车相对于普通货物列车一般技术与特殊技术技术的连续性与突破技术安全性技术经济性,4.3新型装备的发展方向,制动机：辆数、波速，斜率，闸瓦摩擦系数GK，103，120,ECP,车钩：强度、间隙2#，13，16，17缓冲器：特性、容量、形式2#，3#，MX，MT，胶泥；主辅机同步装置：功能、可靠性机车动力制动：制动达到或超过牵引功率,4.4研究操纵技术,正常安全运行依靠先进的技术装备和合理的操纵技术技术装备的发展要和操纵技术相适应不同的条件需要相应的操纵技术合理的操纵技术：经验、了解装备特性、动力学特性、运行要求,4.5研究安全技术,列车安全性随长度增加明显降低一系列问题突出（脱轨、安全性降低）制动问题:缓解不良、意外制动、充风不足、动力制动:限制问题主辅机车的通讯,五.操纵技术,操纵难度更大（相对于客运、普通）影响因素更多(多机、多车、多坡道）可控性更差（牵引或制动、首尾差别）必须了解列车基本特性操纵的预见性,51起动,列车状态，缓解起动时机，手柄快慢平道平稳起动，平稳加速上坡缓解起动时机，注意后溜下坡缓解起动时机，必要时电制,52制动,列车状态:拉伸与压缩，机车先单独制动制动初速：减速慢，必要时提前制动减压量：一般小减压量制动，列车管漏泄，制动作用增强,53缓解,列车状态，缓解初速低，减压量，列车冲动明显大于制动,54充风不足,多次循环制动后可能导致列车尾部充风不足，尤其在长大下坡道紧急制动后缓解，列车下溜（即使电阻制动）严重充风不足,55动力制动,调速制动的原则：动力制动为主、空气制动为辅减轻冲动、保证充风、减少循环次数动力制动与脱轨安全性使用限制、对车钩的要求,六.重载列车技术发展,强化：机车车辆及线路提高承载能力改善：利用现代技术减轻列车纵向冲动匹配：强化与改善的协调发展：阶跃式,61国外第二代单元列车,1984年加拿大太平洋铁路提出：发展第二代单元列车技术措施：无间隙牵引杆多路机车遥控系统车辆径向转向架,列车组成,车组（用无间隙牵引杆连接10节车辆形成车组）列车单元（用车钩缓冲器连接车组形成列车单元）单元列车（多个列车单元连接，列车管不连，由该单元的机车接受头部机车遥控）,效益,减轻列车纵向冲动约90解决长大列车空气制动问题(意外、不可靠、缓解时间长、制动装置复杂化)减少90车钩缓冲器车体自重大大减轻(自重/载重为1/5),问题,车辆运用中故障维修不方便多路机车遥控系统的可靠性(列车管不连?),6.2大秦线两万吨级重载列车,大秦线设计万吨重载列车技术措施无间隙牵引杆逐步实施多路机车遥控系统利用LOCOTRO：121，41，22机车车辆新技术的逐步应用,Locotrol与两万吨级重载列车,GSM-R技术与Locotrol技术的结合,800MHz数据电台与Locotrol技术的结合单套Locotrol系统与SS4机车的结合,以及2台和谐型大功率机车加可控列尾方式年运量由2002年的1亿t提高到2007年的3亿t,是原设计能力的3倍。,大秦线的问题,大密度条件下的适应性车辆运用中故障维修不方便LOCOTRO系统的可靠性?与我国运用条件的匹配（减压速度作为判断依据）动力制动的限制,大秦线两万吨级重载列车,主要编组方式单编(机车均在头部，车辆210辆）推挽(头部机车+车辆210辆+尾部机车）组合(机车+车辆105辆+机车+车辆105辆）,6.3列车电空制动系统（ECP）,物列车电空制动系统（ECP）是一种电子控制的直通式空气制动系统。该系统直接用计算机控制列车中每辆货车制动缸的制动和缓解，使重载列车的所有车辆制动、缓解动作保持一致。,ECP的有关试验数据,消除意外紧急制动(传统列车每运行10次大约就要使用1次)闸瓦走行里程提高27%车钩断裂减少7%燃油消耗减少5%,列车制动波的传递,单编列