一种铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法

摘要

本发明涉及铁路货物列车运输技术领域，尤其是一种铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法，通过对设定空、重车编组数量的货物列车，在特定的线路条件下，以各种列车编组模式进行理论仿真计算车辆动力学性能，分析得出最不利的列车编组模式；然后，按照最不利的列车编组模式进行在线列车运行试验，并按照规范进行测试；再者，通过分析测试数据，综合评价空、重车混合编组货物列车在实际线路技术条件下，提速运行的安全可靠性。本发明的优点是：为空、重车混合编组货物列车提速研究及列车尾部编挂空车的安全性提供技术依据；试验方法精准度高，安全可靠性强，可有效提高列车编组效率、运输效率和效益；可实施性强，应用场景广，适于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路货物列车运输技术领域，尤其是一种铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法。

背景技术

上海局集团有限公司管辖的二通道（即徐州北-阜阳北-乔司间的既有铁路线路，简称二通道），主要承担华东铁路网重车南下、空车北上的任务，以货运为主，兼顾客运。

目前，二通道电气化改造工程已经完成并投入使用，工务线路设备设施和养护维修技术水平也得到普遍提升，货车车辆构造速度均已达到120km/h，根据有关规定，对列车运行速度进行了相应调整，即全列重载和全列空载编组货物列车最高运行速度已经由80km/h提升为90km/h，较大提升了运输效率；但是，由于空重混合编组货物列车最高运行速度仍然限制为80km/h以下，另外，按照有关规定列车最后一节的车辆不得为空车，这样一来，仍然严重制约了货物列车编组效率和运输效率。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法，通过列车在线试验，得到有关列车运行性能技术数值，并与车辆动力学性能评价指标进行比较评估，在确保列车运行安全可靠的前提下，指导运输生产，提高列车正常运行速度，以提高列车编组效率、运输效率和效益。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法，其特征在于：所述试验方法至少包括以下步骤：

对设定空、重车编组数量的货物列车在一定的线路条件下，以各种列车编组模式进行理论仿真计算车辆力学性能，分析得出最不利的列车编组模式；

按照所述最不利的列车编组模式进行货物列车的运行试验，所述列车运行试验通过轨测法的地面检测以及轮测法的车载检测共同实现，所述地面检测和所述车载检测用于检测所述空、重车编组数量的货物列车在一定线路条件下的车辆力学性能及安全性指标，包括所述货物列车的车轮横向力、车轮垂向力、车轮减载率及脱轨系数；

通过对所述地面检测和所述车载检测的测试数据，提出所述货物列车的提速方案，所述提速方案指的是所述货物列车是否提速以及可进行提速的提速量。

所述货物列车进行往返试验，其列车编组模式采用首位空、重辆数对称编组。

所述列车编组模式包括以下五种：

编组模式一：沿货物列车前进方向依次编组的机车、试验车、N辆空车、试验车，其中作为所述车载检测的检测对象的所述试验车为空平车；

编组模式二：沿货物列车前进方向依次编组的机车、N1辆重车、试验车、N2辆重车、试验车、N3辆重车，其中作为所述车载检测的检测对象的所述试验车为空平车，且两辆所述试验车之间的重车数量，即N2辆重车的数量大于等于30辆，而位于所述试验车两侧的，即所述N1辆重车和所述N3辆重车的数量分别大于15辆；

编组模式三：沿货物列车前进方向依次编组的机车、试验车、N辆重车、试验车，其中作为所述车载检测的检测对象的所述试验车为空平车；

编组模式四：沿货物列车前进方向依次编组的机车、N辆重车、两辆空平车、试验车、一辆空平车、试验车，其中作为所述车载检测的检测对象的所述试验车为空平车；

编组模式五：沿货物列车前进方向依次编组的机车、N1辆重车、两辆空平车、试验车、一辆空平车、试验车、N2辆重车，其中作为所述车载检测的检测对象的所述试验车为空平车，所述N1辆重车的数量大于10辆，所述N2辆重车的数量大于10辆。

所述车载检测包括车轮横向力检测、车轮垂向力检测、车体振动加速度检测、转向架侧架振动加速度检测以及车轮在钢轨上的运动轨迹；所述地面检测包括所述钢轨的横向力和垂向力检测。

所述车载检测通过在车上安装测力轮对进行测试，所述测力轮对设置在试验车沿货物列车前进方向的前后两端，所述测力轮对上设置有测试传感器及轮轨作用图像采集器。

所述线路条件满足于其包括直线地段、曲线地段和道岔区段。

在所述直线地段、所述曲线地段上分别设置至少一个地面检测的检测点，在所述道岔区段的岔前、岔中导曲线以及岔后曲线上分别布置所述地面检测的检测点。

本发明的优点是：为空、重车混合编组货物列车提速研究及列车尾部编挂空车的安全性提供技术依据；试验方法精准度高，安全可靠性强，可有效提高列车编组效率、运输效率和效益；可实施性强，应用场景多、范围大，适于推广。

附图说明

图1为本发明的试验检测工作流程图；

图2为本发明中货物列车动力学性能测试方法图；

图3为本发明中车载检测设备安装位置示意图；

图4为本发明中地面检测设备的测点布置示意图；

图5为本发明中编组模式一的编组示意图；

图6为本发明中编组模式二的编组示意图；

图7为本发明中编组模式三的编组示意图；

图8为本发明中编组模式四的编组示意图；

图9为本发明中编组模式五的编组示意图；

图10为本发明中试验流程简表；

图11为本发明中制动试验地点表。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-11所示，图中1-8标记分别表示为：试验车1、测试轮对2、普通轮对3、机车4、非试验车5、磨耗轮对6、新旋轮对7、重载货箱8。

实施例：如图1所示，本实施例中的铁路空、重车混合编组货物列车提速试验方法，采用轨测法、轮测法两种轮轨力测量方法，设计搭建了以平板车为载体，集车辆动力学测量系统、车辆振动检测与评价系统、轮轨运动图像采集装置为一体的试验车，并结合地面轨道动力学测试系统，开展了不同编组、不同速度、不同线路条件、不同机车操纵工况下的空重混编货物列车运行稳定性试验，运用理论仿真和现场采集数据计算、关联比对分析和正交分析方法，对脱轨系数、轮重减载率、平稳性、稳定性等关键指标进行综合评定，分析列车编组模式、试验速度、线路条件、机车操纵工况等因素对货物列车运行性能的影响，提出了二通道空重混编货物列车提速至90km/h的技术规定和措施，形成了一套完整的铁路货物列车提速试验测试仪器设备及方法，为空重混编货物列车提速至90km/h条件下安全运行提供决策支持。

具体如下：

1、如图1所示，通过调查二通道线路主要技术状态、运用货车技术状态、机车技术状态、运输组织方式、列车编组方式等方面的情况，掌握目前货物列车运行组织现状，分析影响货物列车提速各种因素，提出相应试验方法。

2、制定试验测试总体技术方案

如图2所示，试验检测工作由车载检测和地面检测两部分组成。车载检测主要内容有车轮横向力、垂向力，车体振动加速度，转向架侧架振动加速度，车轮在钢轨上的运动轨迹；地面检测主要内容有钢轨的横向力和垂向力。

轮轨力是车轮与钢轨之间的相互作用力，车轮在钢轨上运行，轮轨间产生作用力和反作用力，车轮和轨道构成了一对耦合体，铁路货车在轨道线路上能否正常运行，取决于轮轨力是否能够保持在正常范围内。铁路货车运行安全性评定的主要参数来源于轮轨力的测量。对轮轨力的测量方法按测量形式不同可分为轨测法和轮测法。

轨测法是在轨道线路上（钢轨上）布置测力传感器，利用轨道受力后的变形关系检测出轮轨力，在货车运行经过该轨道线路测试点时获得轮轨力检测数据。轨测法可以检测通过该检测点的所有车轮的轮轨力。

轮测法则是在车轮上布置测力传感器进行轮轨力测量，在货车运行过程中可以对所经过的不同线路全程跟踪获得轮轨力检测数据。本实施例采用轨测法和轮测法相结合，可对采用两种检测方法获取的两组数据进行关联分析，提高检测数据分析的准确性。

（1）轮测法：车轮横向力、垂向力检测，车轮减载率、脱轨系数计算。

从在用货物列车中最不利于提速的二种型号的货车—平车，选择技术状态较差，但是符合《货车运用技术管理规程》的轮对4条，制作成测力轮对，并对测力轮对进行技术标定。将加工并标定好的测力轮对重新换装在原来的货车上，同时，在车辆上按照有关技术规范加装横向加速度、垂向加速度传感器等检测部件，形成2辆具有车辆动力学测试功能的试验检测车辆。

检测车检测系统主要由测力轮对系统、车体振动加速度检测系统、高清摄像机及高速动态数据采集系统、锂电池电源、数据分析软件等组成。

试验可选择平车作为试验车辆，例如平车N17AK5062275和NX17K5275327，通过在平车上安装测力轮对等系统进行测试。考虑试验货物列车在车站换向难度较大，便于上、下行试验，为此在试验车辆1位、4位各安装1对测力轮对。

在检测车辆上的检测设备主要包括：测力轮对、测力轮集流环约束工装（A1、A2、A3、A4）、测力轮对后端仪器设备箱（B1、B2）、轮轨作用图像采集器（C1、C2）、车辆平稳性指标检测传感器（D）以及数据采集机箱（E）。安装测试设备的试验车如图3所示。其中测试轮对2和普通轮对3分别安装在试验车1上，且测试轮对2位于试验车1的前后两侧，即1位和4位，而普通轮对3则位于测试轮对2之间的2位和3位上。

（2）轨测法：检测车轮横向力、车轮垂向力，计算车轮减载率和脱轨系数。

选择铁路I级轨道线路，线路长度为100km以上，曲线半径大于350m，在上、下行线各选择1个以上直线地段作为地面检测点；在上、下行线各选择1个以上曲线半径为350m、500m或600m的地点作为地面检测点。

轨道动力学测试采用DH5902数据采集分析系统和DH5920动态信号测试与分析系统动力学测试设备。

试验主要包括直线地段、曲线地段和道岔区段轮轨力检测，测试车辆通过时钢轨的垂向力和横向力，据此计算脱轨系数和减载率等安全性指标，以判断车辆运行的安全性能。

道岔区段轮轨力测点主要布置在岔前和岔中导曲线以及岔后曲线上，具体测点分布如图4 所示，图4所示P1至P4为钢轨的垂向力检测点，Q1至Q4我钢轨的横向力检测点，而H1至H4则为钢轨的横向位移检测点；各站测点布置结合实际情况进行调整。曲线地段轮轨力测点主要布置在缓和曲线与圆曲线的交接处。

3、仿真计算，提出试验编组模式

为配合空、重混合编组列车提速试验，模拟分析列车在不同编组类型、不同速度、不同线路条件下牵引及制动时的车辆动力学性能，使得试验工作具有针对性，并且可以提高试验工作效率。

经过仿真计算分析，得出以下五种最不利的试验列车编组模式，五种试验列车编组模式如图5至图9所示，图示包括试验车1、机车4、非试验车5、磨耗轮对6、新旋轮对7、重载货箱8，其中机车4指的是位于试验列车最前方可提供前进动力的车辆，试验车1为安装有车载检测设备的车辆，非试验车5采用空车，重载货箱8则作为试验中所使用的重车。安装在试验车1上的磨耗轮对6和新旋轮对7则分别代表：磨耗轮对是指在试验车1原车上已随其行驶并产生磨耗并安装有车载检测设备的旧轮对，新旋轮对7则指安装在试验车1上并安装有车载检测设备的新轮对。通过磨耗轮对6和新旋轮对7的同时测试可有效提高测试精度，对提速试验有明确的指导意义，例如磨耗轮对6经测试可满足提速条件，则无需更换，但磨耗轮对6不满足提速条件，但新旋轮对7满足提速条件，则在满足经济性考虑的前提下，将货物列车的旧轮对更换为新轮对再进行提速，在保证安全的同时，有效提高货物列车的运输效率和效益。

具体地，五种货物列车编组模式如下：

1）编组模式1：机车4+试验车1+空车N+试验车，如图5所示。

该编组模式中，试验车1采用安装有车载检测设备的空平车，N其它非试验车不作要求，全列车均为空车状态。试验车1分别编挂于列车的第一位和最后一位。

2）编组模式2：机车4+重车N1（重载货箱8）+试验车1+重车N2（重载货箱8）+试验车1+重车N3（重载货箱8）编组，如图6所示。

该编组模式中，除试验车1为空车，其它车辆均采用重载货箱8为重车。编组模式满足以下条件：重车（N1>15辆）+试验车+重车（N2≥30辆）+试验车1+重车（N3>15辆），两辆试验平车之间需至少隔离30辆重车，机后和尾部重车辆数大于15辆。此外，还可列车中部加挂一辆客车，以考虑搭载安全性。

3）编组模式3：机车4+试验车1+重车N（重载货箱8）+试验车1编组，如图7所示。

该编组模式中，试验车1用空平车分别编挂于列车的第一位和最后一位。此外，还可列车中部加挂一辆客车，以考虑搭载安全性。

4）编组模式4：机车4+重车N（重载货箱8）+两辆空平车（非试验车5）+试验车1+一辆空平车（非试验车5）+试验车1编组，如图8所示。

该编组模式中，试验用空平车分别编挂于列车倒数第3位和最后1位。编组模式：重车（N辆）+空平车2辆+试验车1辆+空平车1辆+试验车1辆。

5）编组模式5：机车4+重车N1+两辆空平车（非试验车5）+试验车1+一辆空平车（非试验车5）+试验车1+重车N2（重载货箱8）编组，如图 9所示。

该编组模式中，除试验车辆为空车并与3辆空平车前后连续连挂，其它均为重车。编组模式满足以下条件：重车（N1>10辆）+空平车2+试验车+空平车1+ 试验车+重车（N2>10辆），机后和尾部重车辆数大于10辆。

4、现场测试—按照试验测试方案组织列车运行试验测试，以二通道（即徐州北-阜阳北-乔司间的既有铁路线路，简称二通道）为例：

当速度大于80km/h时增加速度按5km/h逐级提速试验，分别在二通道试验区段上、下行直线、曲线地段进行正常运行、常用制动和紧急制动试验，最后进行乔司—徐州区间空重混编货物列车90km/h拉通试验。在曲线区段进行试验，按该曲线允许的最高速度通过。通过车站侧线道岔应按该道岔允许的最高速度通过。

试验速度：（1）80km/h；（2）85km/h；（3）90km/h；

试验地段：（1）直线地段；（2）曲线地段（3种情形）：半列车进入曲线；全列车进入曲线；半列车出曲线；

列车运行操纵模式：（1）正常运行；（2）常用制动；（3）紧急制动；

试验作业流程及试验列车开行计划：

为满足测试样本需求及不同工况对比分析需求，试验列车开行计划安排如下：

1）正常运行试验：3种编组模式（机车+空、机车+重+试验车+重+试验车+重、机车+试验车+重+试验车）、2个速度等级（85km/h、90km/h）正常运行试验。（用于采集基准数据）

2）常用制动试验：2种编组模式（机车+重+试验车+重+试验车+重、机车+试验车+重+试验车）、2个速度等级（85km/h、90km/h），2种试验区段（在直线段、能按90km/h运行的相对最小半径曲线），单项制动试验有效采样3次。

3）紧急制动试验：2种编组模式（机车+重+试验车+重+试验车+重、机车+试验车+重+试验车）、3个速度等级（80km/h、85km/h、90km/h），2种试验区段（在直线段、能按90km/h运行的相对最小半径曲线），单项制动试验有效采样3次。

4）正常运行全程拉通试验：4种空重混编模式（机车+重+试验车+重+试验车+重、机车+试验车+重+试验车、机车+重车+空平车+试验车+重车+试验车+空平车+重车、机车+试验车+空平车+重车+空平车+试验车）、1个速度等级（90km/h）二通道2个区段（芜湖东-徐州北、芜湖东-乔司间）各往返1次。

制动试验要求：

1）制动试验区段按照列车运行方向顺序排列，试验中如遇条件不符合制动需求情况，直接跳过该试验项点进行下一项试验即可。但试验有效测试次数需满足上述测试大纲要求（根据GB5599标准对采样段数的规定，及试验对比分析需求，单项制动试验有效采样3次）。考虑到试验工况需要满足速度、编组、曲线地段等多工况要求，建议试验列车运行计划天数尽量富余，以满足试验的要求。试验流程安排详见图10。

2）直线段运行试验中每个速度级采样段数应大于10段，每段采样长度应大于18s。曲线段运行试验及制动试验不规定采样时间，但应测试通过曲线或制动开始至列车停稳的全程数据。

3）试验分别在直线、曲线、道岔区段进行。曲线地段选择现有满足按90km/h运行区段的相对最小曲线半径，具体地点见图11 。

制动试验后根据需要在前方站停车分析数据，具备条件方可继续进行下一提速试验项目。

4）紧急制动试验后，需按规定对线路状态及车辆状态进行检查，测力轮对状态均由专业人员进行检查，其他车辆轮对踏面由杭州北车辆段派员进行检查，并由列车调度员及时调整列车运行。

5）试验期间芜湖东至誓节渡间各站不得停放保留列车。

5、数据综合分析及项目验收

通过对采集到的大量测试数据进行综合分析，提出货物列车的提速方案，所述提速方案指的是货物列车是否提速以及可进行提速的提速量。例如，若货物列车不满足提速条件的话，则根据可行性、必要性和经济性考虑是否对货物列车进行一定程度上的维护检修或相应改造，以使其满足提速要求，进而可实现提速。又如，当货物列车满足提速条件，则需要考虑因提速所产生的测试数据的变化量，以保证货物列车在提速后依旧处于数据限定范围内，保障安全。

本实施例中的提速试验方法具有以下特点：

1、在提速试验区段，选择线路条件最差地点，安装地面检测设备，对试验列车的全部车辆通过该地点的运行安全性进行检测，从而，可以通过检测计算分析发现哪种类型车辆、哪种编组模式、哪种运行工况最不利运行安全；

2、选择既往问题车辆作为被测车辆，在被测车辆上安装检测设备，进行全线运行安全性实时跟踪检测。这样，可以发现被测车辆在提速试验区段，什么地段、哪种编组模式、哪种运行工况最不利运行安全；

3、根据列车纵向动力学理论和以往货物列车运输事故经验，提出几种具有安全风险的针对性列车编组模式，这样，可以大大提高试验检测工作效率；

4、根据列车纵向动力学理论，提出列车在直线区段、曲线区段和道岔区段运行时，正常运行工况、常用制动工况和紧急制动工况下的安全性检测分析；

5、提速试验做到“安全第一，预防为主”，先全重、全空编组试验再混合编组试验，由低速向高速稳步推进，即在列车运行速度上，由80km/h至85km/h至90km/h递升；在列车运行操纵模式，由正常运行-常用制动-紧急制动推进；在列车编组上，由全列重车-全列空车-空、重车混合编组运行。从而，保证了整个空、重车混合编组货物列车提速试验检测工作的顺利安全进行，达到了预期的目标。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。