重载货运专线能力加强关键技术研究

摘要

近年来，我国不断加强煤炭运输大能力通道的规划建设，在对既有重载运煤专线改造升级的同时，加大了新线建设的力度。重载货运专线旨在大幅提高铁路货物运输特别是煤炭运输的效率，其自身能力的进一步加强依赖于重载相关技术的研究和运用。结合目前我国重载铁路的发展水平和技术发展方向，论文选取了与运输能力紧密相关的重载领域若干关键前沿技术，对它们在重载货运专线上的运用和对线路能力的加强情况进行了研究。
　　(1)首先从提高轴重的角度，确定新型大轴重货车结构，加强重载货运专线的活动设备输送能力。在C96型运煤专用敞车的基础上，通过充分利用标准轨距机车车辆上部限界中的电力机车限界，扩大敞车的车体断面面积，并结合桥梁活载标准的限制，将运煤专用敞车的轴重提高到最大合理水平。新型大轴重敞车的轴重达到32.3t，每延米重为9.5t/m。新型敞车相对于C80型、C96型敞车，单车载重量分别提升23t和7t，在编组开行重载列车时扩能效果明显。新型敞车编组的32.3t轴重重载列车与“准3级”货运专线的适应性良好，与“2级”货运专线适应性有待检验，不宜在“超1级”的晋中南铁路通道上运行。新型敞车在满载满容状态下的重车重心高约为2057mm，略大于限制高度2000mm。
　　(2)为提高重载运输能力，采用新型敞车编组开行重载列车。由于列车轴重和编组长度增加，引起列车制动距离的增大，进而影响列车追踪间隔，降低区间通过能力。重载列车采用ECP制动技术后列车制动距离大幅减小，有利于缩短追踪间隔增大行车密度。论文计算分析了ECP技术对重载列车追踪间隔的压缩作用，针对采用新型敞车编组的2万t重载组合列车，分别计算采用Locotrol装置和ECP系统两种情况下，列车在12‰长大下坡道上的紧急制动距离和常用全制动距离，在此基础上进一步计算得到结果:采用ECP系统后，10000t、15000t和20000t三种重载列车在固定自动闭塞区段两两互相追踪的最小间隔时间在6min到8min，与采用Locotrol装置相比，追踪间隔时间普遍缩短2min，加强了线路区间的通过能力。
　　(3)重载列车采用ECP制动技术，不仅大幅缩短制动距离，而且使得不同重量等级的列车具有相近的追踪间隔距离，为移动自动闭塞技术在重载货运专线上的应用创造了有利条件，并且能够大幅提升区间通过能力。论文介绍了移动自动闭塞系统的基本原理，并基于移动闭塞下列车追踪间隔模型，计算了移动自动闭塞区段20000t重载组合列车在采用ECP制动技术前后的区间追踪运行间隔时间。经比较:20000t列车采用Locotrol装置时，追踪间隔时间为7min，较固定闭塞区段缩短3min;采用ECP系统时，追踪间隔时间为5min，较固定闭塞缩短2min。由此可见，移动自动闭塞技术与ECP制动技术相结合，可使20000t重载列车的追踪间隔时间缩短一半左右，对加强重载货运专线能力意义重大。
　　(4)重载货运专线采用移动自动闭塞技术后，列车之间追踪运行的机理发生变化，列车交通流呈现新的特性，受到干扰发生运缓和延误时对线路能力的影响较大。论文分析了移动闭塞条件下列车跟驶运行的特性，基于简化线性跟驰理论建立了按线性规则控车的重载货运专线列车跟驶模型。在此基础上引入列车流的流量、密度概念，建立跟驶列车流的流量-密度关系模型，描述不同运行状态下区间能力的动态变化。运用动力波理论研究运缓情况下列车交通流排队现象形成和消散过程中动力波的传播特点，据此计算区段流量的变化，以描述能力的损失情况。在线路进行计划施工时，通过调整发车间隔来控制列车流、优化列车轨迹，达到消除动力波和减少能力损失的效果。
　　(5)加强重载货运专线的运输能力，不仅依赖于区间能力的提升，还需要考查车站能力的匹配，促进点线能力协调，兼顾线路的通过能力和输送能力。论文最后对重载组合站的列车开行方案进行优化，减少一定目标运量下一昼夜开行的全部列车在组合站的技术作业总时间，提高车站的通过能力和线路的可实现输送能力。针对固定闭塞区段采用ECP制动技术的10000t、15000t和20000t三种重载列车，建立满足不同目标年运量约束条件下的列车组合站平均技术作业时间最小的目标规划模型，运用LINGO软件计算得到三种列车的开行比例和开行数量:目标运量在3.0亿吨以下时，全部开行10000t列车能够满足要求;当目标运量继续增大，开行10000t列车的比例逐渐下降，15000t列车的比例先增后减，20000t列车的比例逐步上升;当目标运量达到最高4.7亿吨时，需全部开行20000t列车。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究目标

1．4 研究内容

2 大轴重敞车对重载货运专线能力的加强

2．1 新型敞车轴重的确定

2．2 新型敞车的扩能效果分析

2．3 新型敞车运用的限制

2．3．1 桥梁活载标准的限制

2．3．2 重车重心高的限制

2．4 本章小结

3 ECP制动技术对重载货运专线能力的加强

3．1 ECP概述

3．2 重载列车采用ECP前后的制动距离

3．2．1 货物列车制动距离计算方法

3．2．2 20000t组合列车制动距离计算

3．3 重载列车采用ECP前后的追踪间隔时间

3．4 本章小结

4 移动闭塞技术对重载货运专线能力的加强

4．1 移动闭塞系统概述

4．2 移动闭塞下列车追踪间隔时间确定

4．3 移动闭塞下列车跟驶模型

4．3．1 列车流的跟驶运行特性

4．3．2 道路跟驰模型与列车跟驶模型的异同

4．3．3 按线性规则控车的列车跟驶模型

4．4 跟驶列车流的流量．密度关系

4．4．1 列车流的流量和密度

4．4．2 跟驶列车流的流量．密度模型

4．5 重载货运专线动力波传递理论

4．5．1 跟驶列车流的动力波

4．5．2 动力波传递特点和流量变化

4．6 线路计划施工时的能力损失控制

4．6．1 传统缓冲时间设置

4．6．2 发车间隔调整

4．7 本章小结

5 组合站列车开行优化对重载货运专线能力的加强

5．1 列车开行方案对线路能力的影响

5．2 组合站列车开行比例优化模型

5．3 算例

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 问题和展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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