货运列车编组（精选4篇）
货运列车编组 篇1
0 引言
为适应铁路转换经营机制改革, 落实铁路运输企业市场主体地位, 实施多元化经营战略, 中国铁路总公司对相关财务清算思路进行了调整:收入来自于市场, 旅客运输和货物运输承运清算, 提供服务相互清算。新的清算思路给运输统计工作提出了更高的要求, 必须对每一批运输的实际走行径路按承运主体、提供服务主体、接受服务主体分别统计运输工作量, 以传统的货物列车编组顺序表和货票的关联, 实际发车时间产生新的货物列车编组顺序表 (简称清算运统1) , 以清算运统1和司机报单为基础信息, 可以满足财务清算改革思路的需要。
为确保生成准确、及时、完整的清算运统1, 由原铁道部统计中心和信息技术中心统一部署, 由广州铁路 (集团) 公司 (简称广铁集团) 承接清算运统1铁路局 (车务段) 级的开发任务, 开发了货运列车编组统计信息系统 (简称系统) 。通过货物列车编组顺序表和货票信息的关联, 系统准确统计联合运输车辆在各运输企业的走行公里、各编组区段站的中转办理车、分界口整列排空货车的走行公里等一系列清算指标, 为全面推进铁路财务清算改革提供保证, 加快转变铁路发展方式, 从而不断提高铁路发展的质量和效益。
1 系统目标
系统设计最终目标是实现对清算运统1上报和数据审核的自动化管理, 一方面可确保数据自动传输上报的稳定可靠, 另一方面可确保自动化审核准确无误, 纠错功能设计科学合理。系统目标包括:
(1) 完成清算运统1在统计方面应用需求的研究, 建立全路铁路局、车务段清算运统1信息应用和管理规范化、标准化的体系结构。
(2) 建立多系统信息共享环境, 实现运统1、货票、司机报单等相关应用系统互联, 最大限度地实现信息资源共享。
(3) 建立稳定、可靠的传输机制, 实现全路清算运统1信息从车站到车务段、再上报到铁路局和原铁道部。
(4) 在铁路局、车务段建立清算运统1的综合应用系统, 实现货运列车编组信息的综合利用、深度开发, 实现与铁路运输清算相关报表的统计、查询等, 为运输生产和财务清算提供辅助决策和咨询服务等功能。
2 业务分析
系统的信息源包含在已经建成各业务管理信息系统中, 从相关的各业务信息系统中获取或基层站段人工补充录入少量信息, 经计算处理后产生清算运统1信息, 再逐级上报、汇总、处理, 实现本系统的设计目标。各业务管理信息系统信息流程见图1。
3 系统总体架构
货运列车编组统计信息系统总体结构分为车站、车务段、铁路局、中国铁路总公司四级。在铁路局采用应用及数据集中部署的架构, 即一个铁路局只安装部署一套数据库服务器实现全铁路局货运编组信息的存储, 一套应用服务器实现车务段及铁路局级应用的部署, 车务段和路局用户都使用客户端软件执行系统操作。
信息传输基于铁路计算机网, 采用MQ传输方式。系统架构见图2。
4 铁路局级系统功能
货运列车编组统计系统铁路局级应用接收车务段及直管站上报的数据报文, 校验入库, 并对信息进行审核, 审核发现错误的报文将错误信息反馈给相应的车站。将审核通过的报文上传至原铁道部。提供铁路局级综合应用, 为管内车务段及车站提供Web服务及查询服务。
按照总体方案架构和结构流程, 铁路局级在功能上划分为实时监控、错误检查、报单信息、报文监控、报表汇总、生产辅助、历史管理、字典管理、系统管理9个模块, 考虑到铁路局和车务段级系统业务的互通互联性, 铁路局系统和车务段系统使用相同的模块结构。
(1) 实时监控模块。该模块主要实时监控各站段上报清算运统1、运统8、运报9A、运报11A的总体情况, 以及铁路局生成的整列排空列数情况。同时实时反映报文的数据质量, 以及车站到卸车的确认情况。
(2) 错误检查模块。该模块主要对清算运统1报文出错的详细信息进行分类展示, 分为运统1车辆属性错误、运统1货票号码错误、纠错记录核查、运统1发站漏报、运统1迟报、分界口运统1误差、运统1一致性审核、运统1倒装核查、集装箱清单漏报, 按照不同类型核查错误情况。
(3) 报单信息模块。接收机务段机车统计系统的司机报单未匹配上清算运统1的数据信息, 提供给路局管理人员进行监控, 同时数据也返回到车务段和车站进一步核查, 对漏报的清算运统1进行补报。
(4) 报文监控模块。该模块主要对入库的报文数据按照不同条件选项进行查询监控, 分为运统1报文监控、运统8报文监控、运报9A报文监控、运报11A报文监控、运报1ZK报文监控、运统1代报监控、货票摘要入库监控、百千工程班列监控、集装箱清单监控。
(5) 报表汇总模块。该模块主要对上报的运统1报文进行汇总, 日报由后台自动生成, 月报、季报和年报手动执行汇总, 并提供报表查询功能, 分为运统1汇总、运报9A汇总、运报11A汇总和运报1ZK汇总。
(6) 生产辅助模块。该模块充分运用清算运统1数据库信息, 对路局管内到卸车进行预报, 为运输生产提供信息参考。同时对车站装车实际出发状态进行监控, 以及提供车辆轨迹查询功能。
(7) 历史管理模块。对车站每天上报的清算运统1、运统8、运报9A、运报11A等报文历史情况进行监控, 同时对每天车站报文的错误和迟报情况进行监控分析, 以及车务段做到达确认车辆遗漏情况进行监控。
(8) 字典管理模块。对系统涉及的相关字典进行配置, 主要有路局、运输企业、车务段字典配置以及下属车站字典配置, 分界口及分界口接入交出配置, 以及清算运统1与18点对应关系描述等字典配置。
(9) 系统管理模块。主要有用户及角色配置, 网站配置和运行信息查询等菜单, 以及提供系统操作说明等功能。
5 系统实现及特点
车务段及铁路局级应用采用C/S和B/S相结合的结构, 信息的接收、校验、上报等功能采用C/S结构, 综合应用采用B/S结构。采用NET平台、IIS中间件、Oracle数据库。每级应用都采用四层架构, 即客户访问层、业务应用层、数据传输层和数据表示层, 减少重复性的代码, 提高开发速度, 使系统有良好的可维护性, 易于扩展。技术架构见图3。
系统的特点主要包括:
(1) 分布广, 环节多, 业务复杂。系统分为铁路总公司、铁路局、车务段、车站四级, 其中车务段级系统和车站级系统分布相当分散。由于四级系统根据业务需求需要频繁交换数据, 受制于网络环境、计算机硬件等影响, 网络中断、网络不可靠、丢失数据成为需要解决的技术难题。在保证正常上报和接收数据的同时, 还必须保证数据审核、后台作业、汇总计划、数据统计、查询分析等业务的正常进行, 还必须保证所有数据库事务的完整性。因此, 在系统结构以及各关键环节的硬件、软件设计上必须科学、合理, 确保高性能、高稳定、高可靠。
(2) 监控、维护方便。系统提供了完备的监控和维护手段。通过使用监控界面来调整应用程序, 为用户判断系统运行状态提供条件。不仅能减少人力成本和人为错误, 同时也提高了应用性能和可用性。系统提供了简单易用的管理界面, 提供配置向导, 方便系统管理员查看系统状态, 并提供了多种功能改善和自动处理应用程序的监控和管理工作, 将应用程序的整个生命周期管理自动化。
(3) 可靠性高。系统在设计时, 对数据上传、数据交换、流程控制、后台处理等各个关键环节进行了精心设计、周密部署。系统上线后经历了两年的磨合, 始终保持稳定运行。系统通过采用远程数据查询本地化、工作线程调度与监控、数据表的优化、数据库连接的池化、数据发送与接收请求排队等待、失败重发机制等技术, 确保了系统在高负荷下工作的可靠性, 使系统始终保持正常工作。
(4) 可扩展性强。在保证核心业务安全的前提下, 按照“全方位设计, 分步实现”的设计原则, 系统采用了多层次体系结构, 采用了中间件、虚拟化、分布式等核心技术, 使系统在应用功能、业务模式、软硬件处理能力等方面均有很强可扩展性。
(5) 安全性高。硬件及网络上采冗余设计, 避免单点故障;各级应用间进行信息传输时, 对重要信息进行了加密;在TCP/IP、HTTP、HTTPS、XML、SOAP等协议的基础上开发了系统独有的通信规则, 避免了其它应用的非法接入;采用原铁道部信息技术中心制定的网络传输方案, 为车站、车务段、铁路局、原铁道部四级系统之间进行信息交换提供安全保障。
6 关键技术实现
6.1 分布式系统架构实现复杂业务流程
系统分为铁路局、车务段、车站三级, 物理分布较广, 且三级系统中需要来回实时交换数据, 因此, 系统以基于TCP协议的双向通讯为基础研发了一个分布式消息交换框架系统。以铁路局级为例, 由车务段系统每间隔一段时间向铁路局级系统发送心跳数据包, 铁路局级系统在数据需要返回时根据车务段发送的信息建立一个可靠的Socket连接, 然后将需要返回的数据进行压缩和打包发送。车务段系统接受信息后使用线程调度停下了所有与返回数据无关的处理线程, 然后根据业务需要来处理返回的信息, 处理完毕后通知车务段系统线程调度继续工作, 并将处理结果发送至车务段网站。
6.2 大数据量下的数据库优化方案
系统每月产生大量数据。以沈阳铁路局为例, 2013年11月, 全局的清算运统1列车信息108 123条, 车辆信息4 734 149条, 运统8信息238 538条, 运报9A信息1 388 587条, 运报11A信息780 888条, 运报1ZK信息1 626条。由于需要将整个铁路局的各种报表入库保存, 并在该原始数据上进行查询与分析, 这对数据处理和用户体验是一个较高的要求。为了能显著提高数据处理能力, 提升用户体验, 系统采取了如下措施:
(1) 充分利用系统全局区域SGA; (2) 规范与反规范设计数据库; (3) 利用表空间将数据传输对磁盘I/O竞争均匀地分散开; (4) 索引的优化设计; (5) 优化数据库连接方案, 使用连接缓冲池机制; (6) 高效的SQL语句设计; (7) 充分利用数据的后台处理方案减少网络流量。
6.3 使用高可用OR/M框架
系统数据库数据表较多, 表间依赖关系较为复杂, 为了减轻工作压力、提高开发效率, 系统在研发过程中对NHibernate框架进行封装和改造, 实现了一套OR/M框架, 命名为NKoala, 与目前主流的NHibernate相比, 其特点如下:
(1) NHibernate不能支持多数据库, 在NKoala下很好的实现了无缝切换对多数据库的访问, 配置简单方便。
(2) 修正了NHibernate对Oracle数据库中Clob、Guid等字段类型支持的Bug, 使得系统中的Guid可以以32位Varchar类型存入数据库, 取出还原实体时将其还原为Guid类型。
(3) 封装了NHibernate中的大多数函数, 将复杂的调用变得简单易用, 提供了泛型对象、原生SQL对象、Linq语法支持、Lambda表达式支持等特性, 提高了开发效率。
(4) 支持Oracle的纯.NET托管驱动, 可不再依赖原Win32下的Oracle客户端, 避免在服务器上安装程序时需部署Oracle客户端的步骤, 同时因依靠其纯托管驱动, 提升了程序的跨平台部署能力。
(5) 实现B/S开发中“Open-Session-in-View”模式, 在每次浏览器对服务器提起请求时, 打包所有的数据库操作并合并为一个数据库事务, 保障在一次浏览器请求中所有的数据库操作的原子性、一致性、隔离性和持久性。
7 结束语
系统自2012年1月1日起投入全路试运行, 已经完成18个铁路局 (公司) , 300多个车务段和直管站的系统部署工作。根据各铁路局运用过程中提出的不同修改建议, 并根据新的财务清算改革对统计数据提出的新要求, 对系统进行了多次完善和优化, 系统已推出4.0版, 目前系统基本定型, 系统运行稳定可靠, 清算运统1数据信息已作为全路财务模拟清算数据进行使用, 为下一步财务清算规则制定提供了重要的统计信息。
摘要：为支持新的清算规则需要, 开发货运列车编组统计信息系统, 通过货物列车编组顺序表和货票信息的关联, 准确统计一系列清算指标, 对加快转变铁路发展方式, 提高铁路发展的质量和效益, 具有重要的意义。货运列车编组统计信息系统的设计立足于系统设计总体目标, 通过分析各业务管理信息系统信息流程过程, 从车站、车务段、铁路局、中国铁路总公司四个级别搭建系统总体架构, 重点分析铁路局级子系统的功能模块、业务特色和关键技术实现。从系统投入运行后, 稳定可靠, 其数据信息已作为全路财务模拟清算数据使用, 将为全面推进财务清算规则提供重要的统计信息。
关键词：货运列车编组,清算统计,信息系统
参考文献
[1]铁道部信息技术中心.铁路货运列车编组统计信息系统总体方案[S], 2012.
货运列车编组 篇2
编组站是货物列车系统中的重要单元。自19世纪以来, 多次技术和方法的革新有效的提升了其运营能力。列车编组方法在20世纪50年代和60年代的得到了大幅度改进, 其结果是编组计划可以分为单点和多点。单点编组适用于大容量的交通, 只有基本的编组要求;而多点编组适用于较低容量的交通, 但需要更高的编组要求。本文的研究重点在于多点编组。
尽管近年来多种理论方法可以有效保证良好的编组程序, 但直至今天, 常见的做法依旧沿用20世纪50年代和60年代传统的多点编组计划。为了支持将所述的理论成果从学术研究应用到实践, 依据最近的理论成果, 本文以一个实际的问题为例, 引进一个框架来制定编组计划。该框架是建立在对输入已知的基础上的, 比如编组。一旦进入的车辆顺序是已知的, 就能够制定出优于既有方法的编组计划, 同时考虑到所需编组步骤的数量。这个数量基本上决定了完成编组任务所需时间。对比传统方法, 该方法在制定计划的时候考虑了后续车辆入站的顺序。在实践中, 列车显示出高度的有序性, 因此, 此方法拥有较高的潜力, 在多数情况下能够制定出比既有方法更短的编组计划。相反地, 整数规划法不会得到比既有方法更长的编组计划。例如, 针对既有方法提出的最佳计划, 该方法也能制定出一份相同长度的计划。
论文结构概述:第1部分阐释了编组站和多点编组的基本知识, 接下来的第2部分介绍了该领域的相关工作。第3部分对文献[1]中的编组计划的编码进行了修改, 并且应用到第4部分的整数规划模型来获得编组计划。第5部分中, 洛桑编组站运用该模型有效地获得了一个改进的编组计划, 通过计算机的成功模拟证明该模型在实际中是可行的。第6部分是结束语。
1 编组站, 多点编组和术语
如图1所示, 典型的编组站布局包括到达场 (列车抵达进入) 、调车场 (列车分类解体和编组) 、出发场 (列车出发作业) 。编组站里设有一个驼峰, 它是地面上修筑的一个”小山丘” (设计成适当的坡度, 上面铺设铁路, 利用车辆的重力和驼峰的坡度所产生的位能, 辅以机车推力来解体列车的一种调车设备, 是编组站解体车列的一种主要方法) , 上面铺设铁路, 车辆可以顺坡溜放到调车场。典型的调车场如图2 (b) 所示, 不是所有的调车场都有到发线, 单点调车场如图2 (a) 所示。如图2 (c) 所示, 在驼峰相对的末端还具有第二驼峰, 其另一边具有两部分平行的驼峰线。例如洛桑编组站就是一个双端驼峰, 拥有两部分平行的驼峰线, 而没有出发场, 更多的细节将在文章第4部分和5.1中阐述。几乎所有的现代调车场都是20世纪60年代之后修建的, 其布局如图2 (a) 所示, 作为一个编组站的一个关键子结构, 接下来笔者就详细阐释多点编组是如何进行的。
图2中的抽象模型是一个实际的编组过程的简化, 并不会对最终的结果造成影响。每个多点编组的方法都包含了交替推送和牵出的顺序操作。在推送过程中, 调车机车将解编车组缓慢从驼峰线推向驼峰。车组通过交换转场, 每一列车辆被分别溜放到预先指定的牵出线。为了充分的细化推送操作, 每列车辆都需要指定相应的目标线路。在牵出过程中, 牵引机车到达牵出线将解体后的车辆拉回驼峰, 保证该条线路后续推送过程得以继续进行。单点牵出通过牵出线能够充分地被细化, 将车辆从中牵出。一次牵出紧跟一次推送叫做分步编组 (分步) , 在最初的推送过程之后紧跟了一系列h分步的编组叫做长度为h的编组计划。在调车场中, 入站列车的到达时间代表其顺序, 这个顺序就决定了列车入站的先后。此外, 用m代表出站列车的次序。入站列车的次序由牵出线来进行编组, 以便保证每一列出站列车m行驶在各自独立的轨道上。如果完成了这样的一个编组任务, 则认为这个编组计划是有效的, 例如入站列车按照规定的次序进入, 出站列车按照既定的次序各行其道的驶出。
列车牵出需要花费一个恒定时间Cpull, 它取决于牵引机车的制动距离。在一个分步驼峰内, 车组的推送时间与车辆的数量是成比例的, 取决于恒定的推送时间Cpush (解体和推送车辆) 。因此, 一个编组过程中有h分步, r车辆, 其推送时间大致为hcpull+rcpush。于是, 我们的首要目标在于尽量减少分步, 也就是计划的长度h, 这在文献[1]中也提到了。减少推送车辆的总数r代表我们接下来的目标。更为详细的编组站概述及其技术实现可参考文献[2]。
2 相关工作
自20世纪50年代和60年代开始, 多点编组方法便出现在一系列出版物上。Krell对比了两种多点编组方法———通过列车编组和常用同步方法, 以及二者的变异体———三角编组和几何编组。其中有些方法出现在Flandorffer和Pentinga早期的出版物中。Boot描述了在法国、比利时和荷兰同步方法的运行约束条件。文献[9-10]就实际运行中的不同编组站使用的方法和列车的到发时间进行了讨论。针对瑞士苏黎世利马特编组站, Baumann介绍了同步方法的可行性。在Siddiquee和Daganzo的论文中进一步介绍近年来多点编组方法。
在21世纪前10年, Dahlhaus等人从更多的理论角度研究了多点编组的变异体。他们同时从出站列车的顺序要求给出一个系统化的框架, 在文献[15]中总结了这些编组要求, 对于区分单点和多点方法提出了一个更为广泛的编组框架。多点列车编组中存在一系列调车的问题, 比如单点编组、列车匹配、阻塞和车辆块分流。在实际操作中, 这些问题与多点编组相互影响, 就好比针对一个具体的问题的解决过程中受到多个结束的限制, 需要将问题简化。Di Stefano和Gatto等人针对调车问题从理论角度做了进一步研究。
Cicerone等人提出可恢复鲁棒性的概念并将其应用到多点编组。他们认为识别入站列车、调车场的基础设施以及三个基本恢复策略当中的细小偏差, 是列车编组鲁棒性的关键第一步。
计算机仿真是一个将编组方法应用于实践前评估和优化的有效工具。在德国、斯洛伐克和瑞士, 已经做了多个仿真用以检验调车场的修改或者模拟调车场操作中的变化。本文的计算机仿真在5.3进行了展示, 通过计算机模拟系统“Villon”来验证所提出的编组计划。
3 编制编组计划
在本节中, 列车编组计划的编码源自于文献[1]。基于此编码, 引入了一个新的整数规划模型 (第5部分详细介绍) , 将其应用到实际的编组问题 (见第5部分) 。
3.1 模型和符号
以只有一个驼峰的单点调车场的布局为例, 如图2 (a) 所示 (同样的编组程序也适用于双点场, 比如洛桑编组站。此外, 洛桑编组站还具有两个平行的驼峰线, 其编码设置在4.2也适用) , 牵出线的数目称为调车场的宽度, 用W表示, 牵出线分别表示为θ0, …, θW-1, 适用于任何牵出线的最大车辆数C称为线路容量。
每一车辆用τ (τ∈N) 表示, 车辆组成的列车顺序定义为T= (τ1, …, τk) , 其中, τi∈N, i=1, …, k, 列车T中车辆的数量k指的是T的长度。入站列车按照一定顺序进入, 其串联的车辆 (根据到达调车场的先后) 也就产生了一个次序, 称为车辆的入站次序。车辆的入站次序排列为T= (τ1, …, τn) , (1, …, n) , 其中, n是车辆的总的容量。此外, 出站列车m也有其次序m。用ni表示第i列出站列车的长度, i=1, …, m, 那么, ∑im=1ni=n。于是, 可以做进一步的假设, 第一列出站列车设为 (1, …, n1) , 第二列出站列车设为 (n1+1, …, n1+n2) , 以此类推, 最后一列出站列车为 (n-nm+1, …, n) 。在编组程序中, 不同的出站列车被同步编组到对应的线路上, 叫做编组场, 每一列出站列车最终组成一个独立线路。这些线路称为目标线路。因此, 定义最优化问题如下:给定入站车辆的次序为T= (τ1, …, τn) , 出站列车m的长度为 (n1, …, nm) , 找出长度最小的有效编组计划。
3.2 编组计划的位串表示
在一次编组程序中, 推送列车与牵出列车, 一条线路可能会使用多次。在第i步牵出列车的那条线称为第i个逻辑线路。对于长度为h的编组计划, 在物理线路W中指定h条逻辑线路, 使用h线路的顺序 (θi0, …, θih-1) , 其中θik (k=0, …, h-1) 是第k步编组中的物理牵出线路。在文献[1]中, 针对无限容量的线路, 总有一个最优的计划, 其线路次序 (θi0, …, θih-1) 满足k≡ik (k=0, …, h-1) , 换言之, 在一个循环调度次序的线路中, 存着一个最优编组计划。文献[1]给出的证据是有限的, 在本文中, 只考虑容量为C的情况。
对于步长为h的任意列车编组计划, 任意车辆j的线路可以采用二进制字符串bj=bjh-1…b0j来表示, 当且仅当在第k步编组中, 第j个车辆抵达线路θik, bkj=1。第k步牵出操作后, 这一车辆被推送到线路θil, 其中l=min{k<i≤h-1|bij=1}。如果没有比特位bij=1, k<i≤h-1, 车辆被推送到目标线路到达出站列车。按照这种方式, 每一个长度为h的编组计划就可以用字符串长度为h的车辆来分配。如图3所示, 用一个单点出站列车的例子来进一步阐释。
相反地, 可以运用位串编码获得一个可行的计划。首先, 如果两列车辆与出站列车具有相同的连续目录j和j+1, 同时入站列车的次序也确定了, 他们就可以赋予相同的数值。那么, 在编组中, 这两列车辆都会被分配到相同的线路中, 他们也不会改变其相对位置直到他们在出站列车中的次序。其次, 假定两列连续的车辆j和j+1在入站时的顺序与出站时的顺序一致, 那么将bj+1分配给j+1, 其整数表示为的二进制一定严格大于bj分配给j。由此可见, 当时, bj+1>bj和k在编组中有着最显著 (最大) 的影响, 其中, bkj=0, bkj+1=1。从线路θik牵出后, 车辆j+1被送到线路θil, l>k, 也就是上一步车辆j到达的线路 (需要注意, θik必须是目标线路) 。因此, 这两列车辆在那条线路出的次序保证是正确的。由于后面编组的每一个阶段他们都没有交换其相对顺序, 因此到达最终目标线路的时候, 出站列车的次序也保持是正确的。同样道理, 如果连续两列车辆j和j+1在入站时的顺序保证了一个相对正确的次序, 如果bj<bj+1, 那么将bj+1分配给j+1, bj分配给j。
牵出线的数目或者容量是相对独立的, 因此, 车辆可以分配到位串中需要具有一个必要的顺序条件。这个条件体现了整数规划模型中最基本的约束, 将在接下来的部分介绍。
4 整数规划获得的计划
在本节中, 提出了一个整数规划模型, 并且根据洛桑编组站一天的交通流量成功获得了一个改进的列车编组计划, 将在第5部分详述 (该模型的部分可以在技术报告[26]获得) 。4.1构建了最初版本的模型, 然后4.2~4.4逐步修改, 并加入所有需要考虑到的实际约束, 有些具体的约束只存在于洛桑编组站, 有些则在其他编组站中也存在。
4.1 基本IP模型
文献[1]和第3部分介绍了将整数规划模型应用到二进制的编组计划编码。在基本模型中, 通过强制分配产生一个正确的出站列车顺序。这是非约束编组计划的唯一限制条件, 尤其是线路的数目和容量上没有任何限制。其实, 基本模型能够完成有限容量线路的编组。
引入二进制变量bij, j=1, …, n, i=0, …, h-1, 对应第i步编组中的第j个车辆 (本文在后面的部分重复的介绍二进制变量, 而没有重复二制在空间要求下的实际规划) 。最初驶出的各列列车的车辆目录集合表示为F{1, …, n}。对 (i, j) 进行转置使之成为一个指标函数, 当且仅当第i和第j个车辆在入站列车的顺序相反的时候, rev (i, j) =1。再次定义C, 表示为一条线路上能够容纳的最大数目的车辆。
该模型中的目标函数就是要将编组程序的推送车辆的总数降到最低, 也就是文章第1部分提到的第二目标。为了尽量实现首要目标, 也就是编组步骤的数量, 通过增加h的长度来减少整数规划的顺序。约束条件 (1) 将出站列车的车辆顺序固定:如果出站列车中连续两列车辆j-1和j的顺序正确, 他们可以赋予一个位串rev (j-1, j) =1, 否则, 因此根据3.2的要求, j将会赋予一个比j-1更大的位串。约束条件 (2) 限制了牵出线的容量。
4.2 平行编组程序
正如前文提到, 洛桑编组站驼峰调车场具有两平行的驼峰。采用同步方法, 也就意味着需要采用两个编组程序到这平行线路上。这两套编组程序作为两套独立的系统:每一套程序中都有一个独立的调车机车, 每一条牵出线都只用于一套程序。此外, 每一列出站列车都分别在各自的系统中分配, 从最初的推送列车到最后列车的组成。洛桑编组站中的这两套系统分别称为北分区和南分区。
列车分配到各自分区是优化过程的一部分, 采用二元变量si, i=1, …, m, 当且仅当第i列出站列车位于北分区, si=1。为了便于比较, 在测试样本空间里, 选取了24个变量si中的8个, 将在5.2中阐述。采用两级二进制变量分别对应两套程序:bij针对北分区的计划, ∧bij针对南分区的计划。最终模型中, 每一个分区具有h个编组分步, 设t (j) , j∈{1, …, n}, 表出站列车的第j个车辆。
4.3 有效牵出线
在洛桑编组站调车场中, 对多目的货物列车的多点编组方法分为两个阶段进行。首先, 列车集中到一个数量为W的预留牵出线路, 而其他的所有线路用于机车调车比如单点编组。第一阶段对应于4.1中的每一个车辆的最初的推送。其约束条件为分别对应北分区和南分区系统的线路总数量, 具体地:
最初的推送:
有这样一种特例, 也可以解决本文第5部分的例子, 其代表的意义是每一列车辆的位串不能为0, 换言之, 车辆就不能被推送到目标线路。一般地, 约束条件 (6) 和 (7) 不能限定3.1中提出到的线路数量。在第5部分改进的计划中, 任意一条线路不能被牵出两次, 因此这两个条件满足。
在第2个阶段, 这些线路被牵出组成出站列车, 通常在晚上进行, 超过W的预留线路用来进行多点编组。每一次编组之后, 就会有越来越多的线路空出来, 因此越来越多的出站列车就可以出发。在整数规划中, 都介绍了二元变量, x=1, …, m, t=0, …, h, 用以显示在北分区或者南分区中, 步骤t中的第x列出站列车是否及时出发, 具体地:
每一分步t之后, 在一定时间内, 已经编组好的出站列车的数量不能超过线路的有效数量, 这个由约束 (8) 和 (9) 来保证。在组成列车的第t分步中的第j个车辆已经启动的时候, 约束 (10) 和 (11) 用于保证每个变量uj, t的最终设定。
4.4 列车出发时间
当出站列车完成编组之后, 它不会等待所有编组程序完成之后才发车, 而是只要铁路线路空出来的时候就会离开调车场。有些出站列车甚至必须提前发车, 以保证准点到达目的地, 因此在编组程序中必须考虑最晚发车时刻。本文引入了每一分步完成所需的最大时间区间的概念, 以洛桑编组站中的30 min为例。通过这种方式, 获得一个最晚的编组分步accx, 在这区间内列车x依旧能够接收车辆。
累积完成:
在下面的章节中, 采用该模型来获取一个使用中的编组任务中的编组计划, 同时考虑约束 (3) ~ (12) 。
5 案例分析:洛桑编组站
本节中, 采用上一部分介绍的模型应用到实际使用中的交通数据。5.1详细阐述该问题例子, 5.2描述的是编组计划的制定过程, 5.3进行模拟仿真。
5.1 洛桑编组站
洛桑编组站有一个到达场, 一个调车场, 没有出发场, 如图4所示, 调车场有38条线路, 两个平行的驼峰线。其中, 预留10条线路编组多目的货物列车, 此线路上可以给最初到达的所有车辆采用多点方法编组。正如4.3中提到的, 其它线路用于机车调车。在清晨的某个时间点, 调车活动停止之后, 此时驼峰专门用于多点编组。不过, 在第一列出站列车牵出之后, 并不是所有的多目的货物列车都能够马上进行编组, 因为还没有足够多的线路。但是, 如4.3提出的每一个分步之后就会有越来越多的线路。
该问题的例子包含了2005年其中完整的一天里所有的车辆, 总共有1 346列。对于多点方法总共有452列车辆, 其中有22列出站列车具有2个以上的目的地, 2列出站列车只有一个目的地。我们选取了331列车辆来制定编组计划, 剩下的121列车辆则不包含在内, 而是通过特殊处理方式 (见5.2) 。
5.2 制定计划
所有IP的计算都在ILOG OPL Studio 3.7上完成的, 采用CPLEX9.0, 其操作系统为Linux, CPU为Intel Xeon@2.80 GHz, 内存为2 GB。
该计划最初是应用于之前描述的2005年的编组, 每个分区包含了5个分步, 对应于4.2模型中h=5。根据实际需求, 设定C, , accx的值, 而如果设h=4, 该问题模型无解。但是, 北分区采用5个分步, 而南分区只采用4个分步, 就能得到一个可行的计划。此时, 需要设h=5, 此外, 其中, i=4, 所有车辆j∈{1, …, n}。制定该计划包括其最优性的证明花了5.75 h。
正如前文所述, 在制定计划的时候没有考虑其中的121列车辆。这些车辆所属的目的地有着大量的车辆。在最初的计划中, 这些车辆并没有被推送到10条牵出线进行多点编组, 而是直接驶向他们各自的目的线路中。除了其中一种情况, 那就是必须进行调车操作。这些车辆的目的地都在各自出站列车的很前面, 因此在实际操作中这些编组程序不会受到影响。按此方法, 大量驶向目的线路的车辆不用第二次被推送到驼峰。为了进行更为简单的对比, 采用同样的方法:为了不对调车操作造成影响而采用多点编组, 对大量的目的线路选择同样的线路;这其中包括对受影响的出站列车分配给北分区或者南分区, 分别令si=0或者si=1。通过这种额外的约束实现改进。
笔者还对每个分区h=5分步和的情况下, 制定了计划, 也就是任意一分区的第一条线被牵出两次。通过撤消上一分步的编组步骤, 可以节省出两条牵出线, 但对于这样的组合还没有好的解决方案。
5.3 仿真结果
利用模拟仿真系统“Villon”对上述编组计划进行仿真。首先, 当采用计算机模拟的时候, 上述编组计划并没有产生任何冲突, 也就意味着, 在实际动作中, 该技术是可以实现的。
在整个改进的编组程序中推送车辆的总数达到1 700, 相比于之前计划的1 706, 只是一个很小的减少。然而, 文献[1]中的多点编组的理论显示在多点方法中增加分步数量h, 多于一般的最佳值可以有效减少推送车辆的总数r, 反之亦然。尽管文献[26]的实验表明针对h的减少增加一点点r, 我们的计划并不会产生任何的增加。因此, 通过对r的边际减少 (1 706减少到1 700, 减少6) 是一个巨大的成功, 因为相较于原有的计划, 不必再为过多的推送减少编组分步。这一发现也强调了编组计划在最初应用时的一个次优性。
在该编组计划中, 道岔设置的数量由原有计划的914个减少到789个, 节省了13.7% (125个) 。这也就显著降低了道岔的磨损, 节省了维护费用, 同时也减少了挂钩运动 (只有1 481次) 对于道岔的损伤 (一个挂钩连接一对车辆———如果驼峰上连续的车辆将被推送到相同的线路上, 他们就不用解体) 。相较于原有计划中的1 691个挂钩, 这个变动减少了12.4% (210个) 。
但是, 该编组计划最大的改进在于减少了一个完整的编组分步:在最初的编组程序中, 标号为“F28”的线路 (如图5所示) 上的车辆在第4分区的第5分步中被牵出。在改进的编组程序中, 当最初的推送完成之后, 这条线路便空出来了, 于是就可以用于其他用途。在最初的编组程序中, 第4分区包含了5个编组分步, 而在改进后的程序中只有4步。节省出来的第5分步可以用于其他用途, 比如, 为了提高多点编组中的交通容量的最高上限, 增加其潜在的交通容量可以提高其吸引力。同时, 该条线路也可以用于调车活动, 比如建立一条长的车组, 不受次序限制, 在车辆编组到一列列车之前, 在牵出线上将多个车辆集中到一起。
6 结论和展望
本文的结果验证了文献[1]建立的编组计划编码技术的作用。我们已经有效应用该编码建立了一个高度灵活的整数规划模型用于列车编组, 它将各种实际的约束条件考虑其中, 并强调了其在实际中的适用性。按照这一结果, 可以基于一个实际运行中的交通数据制定出列车编组计划, 以洛桑编组站调车场为例, 通过一个解体分步其计划优于当前的计划。这一计划在实际中的实施可以产生一个效率更高、机车使用更少、道岔的磨损明显减少的编组计划。更重要的是, 改进的计划能够节省一条牵出线。这将为多点编组方法自身提供更大的交通处理能力, 或者将调车方法用于平行处理中, 比如单点编组。
图5改进的编组计划中, 最初的推送之后牵出线上的车辆分布, 图的底部是北方
对于洛桑编组站中, 如5.2中提到的, 将多种列车分配给各自分区的方法也许能产生一个更好的编组计划, 可以更大的节余。除此之外, 它还能针对未来的实际数据, 制定和模拟更多的编组计划。具体而言, 将会有比洛桑编组更大的编组站, 对于多点编组拥有更大的交通容量。可以预见, 对于这样的编组站将会有更大的改进, 因此, 针对更大容量的交通、更多的编组分步、更多的线路, 运用本文成果可以产生有效的改观。
在三角编组和几何编组中, 常见的做法就是考虑出站列车的次序, 而不管入站列车的次序。这些方法统称为严重鲁棒性。然后, 实际操作中, 只有一小部分列车会有延迟, 如本文所述, 严格的鲁棒性将会浪费大量的资源。如之前所提到的, 本文的改进是基于入站列车次序的详细了解的基础上。由于列车可能产生延迟, 实际的顺序可能会有别于计划中的顺序, 期望的最优编组计划将不能得到保证。这样的缺陷可以通过实际情况的延迟, 提供一个优化的鲁棒性解决方案, 用以限制干扰情况下的恢复。这是一种严格的鲁棒性和优化非鲁棒性之间平衡的解决方案, 也许会产生一个鲁棒性的编组方法, 进一步改善当前的解决方案。
货运列车编组 篇3
本文详细说明了信号CBTC系统和屏蔽门系统间接口的逻辑、物理和设备特性, 研究不同编组列车混跑情形下信号系统与屏蔽门接口控制方式。轨旁的区域控制器 (ZC) 与所有在其控制范围内的装备列车进行通信。它同时监测和控制轨旁设备, 如道岔、信号机和屏蔽门等。ZC通过外围板卡与外部安全设备进行接口。对于屏蔽门接口控制来说, 区域控制器由MAU/PMI (用于CBTC列车模式) 和PCU (用于后备和非通信列车模式) 组成。为了完成在CBTC通信故障或者轨旁ATP故障时的屏蔽门控制, 增加独立于CBTC通信网络的屏蔽门控制用的无线及轨旁网络。集中站的设备室室内设置屏蔽门控制单元 (PCU) 。控制单元由主处理器板和外围板构成。主处理器板为二取二的结构, 采用安全操作平台。VOBC通过PSD控制的专用无线电台与轨旁的屏蔽门控制网络与PCU建立通信。列车停准后具备开门条件时, VOBC向PCU发送开/关屏蔽门命令。PCU收到屏蔽门的开关门命令后, 驱动继电器控制屏蔽门的动作。同时PCU收到屏蔽门的状态输入, 并向VOBC报告屏蔽门的状态, VOBC监督屏蔽门的状态。区域控制器采用安全I/O开关量接口单元与PSD系统连接。
接口界面
信号系统与PSD系统的接口分界位置位于各站的PSD系统设备控制室的PSC机柜的终端。
接口说明
接口定义名称、编号、用途、位置、数量和接口类型的相关说明。
接口要求
屏蔽门必须设计允许4节车编组和6节车编组都能在双向停靠。为此, 每侧站台分为3个门组。
第一组屏蔽门 (1#--8#门) 对应1-2号车厢 (按照正常的行车方向) ;
第二组屏蔽门 (9#--16#门) 对应3-4号车厢 (按照正常的行车方向) ;
第三组屏蔽门 (17#--24#门) 对应5-6号车厢 (按照正常的行车方向) 。
信号系统前部车门包括第一组 (1#--8#门) 和第二组 (9#--16#门) ;
信号系统后部车门包括第二组 (9#--16#门) 和第三组 (17#--24#门) 。
由信号系统向每侧站台的屏蔽门控制器发送指令。
屏蔽门系统将向信号系统提供每侧站台3组门的状态。
区域控制器应能够从站台屏蔽门系统获得下列的输入:
站台屏蔽门关闭且锁闭状态 (每个站台每侧屏蔽门有3个安全输入, 每侧屏蔽门包含3组, 分别为Door Set#1, Door Set#2, Door Set#3) ;
站台屏蔽门联锁旁路状态 (各个站台每侧屏蔽门有一个安全输入) ;及在旁路旋钮未被按下情况下, 如果屏蔽门的状态不是关闭且锁闭, ZC将阻止受控列车进入车站和离开车站。司机只能通过将模式切换到RM或CUT-OUT才能进入车站或离开车站。在该旋钮激活时, 系统旁路屏蔽门的状态, 使得列车可以在进站或者是出站时忽略屏蔽门状态。
区域控制器应能够向站台安全门系统提供下列的输出:
对PSD系统的“开门”命令 (每个站台每侧安全门有两个安全输出) ;
对PSD系统的“关门”命令 (每个站台每侧安全门有两个安全输出) ;
当通信列车到达站台对齐且向ZC请求开屏蔽门时, ZC向PSD请求开屏蔽门。
当以下条件满足后, ZC向PSD请求关闭屏蔽门:列车在站台上并且正在请求关闭屏蔽门。
接口电路通常是与联锁 (继电器组合架) 设备互相传递安全信息, 它的所有输出和输入将使用双断方式。输入的最小标称电流为14m A。
PSD给ZC的安全输入:PSD状态在ZC设备室由一个安全继电器 (JWXC-1700) 复示;复示继电器电路使用PSD继电器的2个触点 (双断) ;及该电路使用的24~28VDC由ZC设备室提供。
ZC给PSD的安全输出:PSD将在其设备室复示ZC输出的继电器状态;复示继电器电路使用ZC输出状态继电器的2个触点 (双断) ;及该电路所需的24~28VDC电源由PSD设备室提供。
区域控制器应向PSD系统中站台上的每侧门发命令。
图2是一个具有两个站台的车站上屏蔽门的布置。
图3是具有一个岛式站台的车站上屏蔽门的布置。
ZC向PSD系统每个车站 (两个站台) 的输出命令应以下面顺序在相同的ZC输出卡上排列:
1 站台A前部开门命令
2 站台A后部开门命令
3 站台A前部关门命令
4站台A后部关门命令
5站台B前部开门命令
6站台B后部开门命令
7站台B前部关门命令
8站台B后部关
ZC向PSD系统每个车站的输出命令应由PMI或PCU提供。
图4为ZC向PSD系统输出命令的典型连接, 每个ZC命令继电器的线圈都应并联电阻。
区域控制器的开门/关门命令:
区域控制器将为前部或后部门提供一个安全输出以打开安全门。当ZC命令站台安全门开门时, 该命令为一个持续的高电平。同时, ZC将输出关门命令为低电平 (未发出关门命令) 。
区域控制器将为前部或后部门提供一个安全输出以关闭安全门。当ZC命令站台安全门关门时, 该输出为一个持续高电平。同时, ZC将输出开门命令为“低”电平 (未发出开门命令) 。
屏蔽门的正常开启和关闭的顺序如下:
T1-T2阶段, 开门命令有效, 大于等于500ms, PSD确认开门命令有效;
T2-T3阶段, 开门命令保持有效;门开始打开到完全打开, 关闭且锁定开关信号失效;
T3-T4阶段, 开门命令保持有效, 门保持完全打开;
T4-T5阶段, 关门命令有效, 门开始关闭;
T5阶段, 门关闭且锁紧。
注:为了实现车门与屏蔽门联动, 屏蔽门需在确认开/关门命令有效后, 对开/关门动作做相应的时延, 具体数值需配合车辆开/关门时延做相应调整。
故障状态下的区域控制器命令:
在接口故障情况下, 如果列车停靠在站台的正确位置, 车站工作人员可通过PSD就地控制盘手动操作屏蔽门的开/关。
ZC在同一个处理周期中改变两个输出信号, 外部电路和继电逻辑可能会增加一些延时, PSD可在很短的时间内检测到这些信号。
当ZC或者外部电路出现故障时, PSD系统将接收到无效组合的命令信号 (开门命令与关门命令同时为高电平或同时为低电平) 。PSD系统需要根据PSD的安全分析, 对此无效组合的命令进行响应。
PSD系统向ZC的输入
PSD系统各车站 (双站台) 向ZC的输入应按下面顺序在相同的ZC输入卡上排列:
1站台A屏蔽门Door Set#1关闭且锁闭状态
2站台A屏蔽门Door Set#2关闭且锁闭状态
3站台A屏蔽门Door Set#3关闭且锁闭状态
4站台A PSD联锁旁路状态
5 站台B屏蔽门Door Set#1关闭且锁闭状态
6 站台B屏蔽门Door Set#2关闭且锁闭状态
7 站台B屏蔽门Door Set#3关闭且锁闭状态
8 站台B PSD联锁旁路状态
从PSD系统得到的PSD状态将被输入到PMI和PCU。下图表示的是典型的从PSD系统向ZC的输入连接。
PSD系统给ZC的所有输入都采用双断连接方式。
屏蔽门关闭且锁闭状态:PSD系统每组门向ZC提供一个安全的”关闭且锁闭”输入, 若这组门中所有屏蔽门关闭且锁闭, 该输入为“高”状态。
ZC对ZC的PSD联锁旁路输入:PSD系统为每侧屏蔽门提供一个安全的“旁路”信号。
正常条件下该输入为“低”。
当值班员 (或司机) 设置了“联锁旁路”, 该输入为“高”。只有在旁路信号有效持续大于1秒钟后, “联锁旁路”信号才被认为是激活和有效。旁路信号在输入变为“低”后将立即失效。
使用非自复的旋钮。在该旋钮激活时, 系统旁路屏蔽门的状态, 使得列车可以在进站或者是出站时忽略屏蔽门状态。若列车处于ATO模式下, 车门可自动打开。
结语
本文基于已有线路不同编组列车混跑的经验, 进行了信号与屏蔽门接口的设计创新, 提出了更加灵活的开关门方案, 适用于不同编组列车头尾对标停车。为地铁运营部门更加灵活组织行车提供了更加有力的技术支持。
货运列车编组 篇4
高速重载化是当今铁路发展的基本方向, 货运列车载重和运行速度的增加能够提高铁路的运输能力, 降低运输成本。目前, 我国已发展到25t轴重和2×104 t牵引吨数的货运列车, 将来轴重和牵引吨数还会增加。在重载列车的实际编组中, 经常会有空重车混编的情况出现, 即非匀质列车, 随着列车空重比和编组数的增加, 车辆空重车混编问题对重载列车产生的影响会逐渐凸显出来。货车自重的逐渐减轻和载重的逐渐增加使得空重车之间的质量差别越来越大, 对重载运输的影响也越来越严重。以大秦线运煤专用敞车C80为例, 载重为80t, 自重为20t, 自重系数为0.25[1], 在列车制动时, 空车和重车的闸瓦压力相差一倍左右, 势必导致空重车减速度不一致, 引起严重的纵向冲动。本文针对空重车混合编组情况进行了仿真研究, 在同样的制动装置和操作条件下, 研究了不同的重载列车空重车混编方式对车钩压缩力的影响, 并和匀质纯重列车进行比较, 确定混编列车的合理编组方式。
1 列车纵向动力学模型
列车是由机车车辆通过车钩缓冲装置连接而成的。本文在研究列车系统纵向动力学时, 采用集中质量法, 将车体、构架、摇枕和轮对看作是一个整体, 将车钩缓冲装置简化为弹簧阻尼系统, 将列车抽象为一个多质点的质量弹簧阻尼系统[2]。取列车中的第i (i=1, 2, …, n, n为车辆编组数) 节车为研究对象, 其单车受力情况如图1所示。
第i节车的纵向动力学微分方程为:
其中:x··i为第i节车的加速度;mi为第i车的质量;Fci-1和Fci分别为第i节车的前车钩力和后车钩力;Fwi为第i节车所受的运行阻力, 包括基本阻力、坡道阻力、曲线阻力;FBi为第i节车所受的制动力;FLTi和FLBi分别为机车的牵引力和动力制动力, 仅作用于机车。
上述各力中, 除车钩力外的牵引力、阻力和制动力都可以根据机车车辆参数查得。假设车钩间隙为δ, 当两车之间的相对位移小于车钩间隙时, 车钩不传递作用力;当两车之间的相对位移大于车钩间隙时, 车钩将传递作用力, 其大小为:
其中:k、c分别为缓冲器的刚度系数和阻尼系数。
对于编组长度为n的列车, 可以建立n个微分方程, 组成一个二阶微分方程组。将式 (2) 代入式 (1) , 整理成矩阵形式为:
其中:[M]为列车系统的质量矩阵;[C]为系统阻尼矩阵;[K]为系统刚度矩阵;{P}为系统载荷矢量;分别为车辆的加速度、速度、位移矢量。对于式 (3) , 本文采用标准四阶Runge—Kutta法求解[3]。
2 程序组成
根据上述分析, 运用Fortran软件编写计算程序, 实现列车纵向动力学仿真计算。主程序流程图如图2所示。其中, v0为制动初速, v1为牵引工况结束速度, T为计算时间, H为时间步长, v为列车运行速度。主程序主要包括4个部分:从数据库中读取车辆运行基本参数;牵引和制动计算并设定计算初值;Runge—Kutta法计算车钩力;输出结果。数据库主要包括机车数据库、车辆数据库、线路数据库和制动系统数据库。其中, 机车数据库包括机车牵引力特性曲线和机车动力制动特性曲线;车辆数据库包括车辆基本参数, 如质量、长度等;线路数据库包括线路的坡度和曲线半径;制动系统数据库包括制动机制动特性曲线、闸瓦类型及数目等。
3 仿真结果分析
在1万吨重载列车的仿真计算中共采用2+0、1+1+0、1+0+1三种牵引方式, 三种牵引方式下机车车辆的序列如下[4]:
2+0牵引:2×SS4+C80×102;
1+1+0牵引:SS4+C80×51+SS4+C80×51;
1+0+1牵引:SS4+C80×102+SS4。
其中:SS4为机车, 安装有13号车钩、QKX100大容量胶泥缓冲器;C80为货车, 装有120型制动机、16号和17号车钩、MT-2缓冲器。仿真线路选取大秦线K339 (平道) , 紧急制动工况, 制动初速度为20km/h, 从控机车与主控机车同步制动;102辆C80货车为2辆空车和100辆重车。空重车混编时, 将空车置于重车的10等份处, 一共考虑了11种混合编组方式。
图3为2+0牵引方式紧急制动工况下空重车混编和纯重车的最大车钩压缩力, 图4为2+0牵引方式紧急制动列车的最大车钩压缩力。从图3可以看出, 在2+0牵引方式空重车混合编组情况下, 空车在列车后部 (4/5之后) 时, 最大车钩压缩力的数值较小, 小于纯重车编组, 这是因为当空车位于列车后部时, 后部空车的制动速度较快, 向前冲击也较小, 也正是由于这个原因, 图4中当83、84车位为空车时, 车钩压缩力相对于纯重车有明显的减小;当空车位于列车中部时, 最大车钩压缩力数值较大, 当空车位于车辆大概2/3处 (63、64为空车) 时, 其值最大, 最大车钩压缩力出现在第64位车钩处, 这是因为前部重车制动较快, 后部重车制动较慢, 对列车中部的空车造成了“前阻后涌”的作用, 使得车钩压缩力增大;当空车在列车前部时, 车钩最大压缩力与纯重车编组相比偏大, 其值介于空车位于列车中部和后部之间。
图5为不同牵引形式下不同编组方式列车在同步紧急制动工况下的最大车钩压缩力曲线, 其中, 图5 (a) 变化趋势与图3相似, 在1+1+0牵引方式、同步紧急制动、空重车混合编组情况下, 当空车位于列车后部时, 最大车钩压缩力小于纯重车编组;当空车位于列车中部时, 最大车钩压缩力数值较大, 当73、74车位为空车时, 其值最大, 车钩压缩力的最大值出现在第74位车钩处;当空车在列车前部时, 车钩最大压缩力与纯重车编组差别不大。
由图5 (b) 可以看出, 在1+0+1牵引方式、同步紧急制动、空重车混合编组情况下, 当空车位于列车后部时, 最大车钩压缩力的数值与纯重车编组差别不大;当空车位于列车大概1/2处时, 最大车钩压缩力数值较小, 当43、44车位为空车时, 其值最小;当空车位于列车前部时, 车钩最大压缩力的数值较大, 当33、34车位为空车时, 其值出现最大值。
表1为三种牵引方式下, 紧急制动不同空重车编组方式最大和最小车钩压缩力的数值及对应的空车车位。
由表1可知, 1+0+1牵引方式下出现最大和最小车钩力时的空车车位明显小于另两种牵引方式;2+0牵引方式下的最大车钩压缩力和该牵引方式下的纯重车最大车钩压缩力均远大于其他两种牵引方式;1+0+1牵引方式和1+1+0牵引方式下最大车钩压缩力相差不大。
4 结论
本文对不同空重车编组方式下的最大车钩压缩力进行了仿真计算, 结果表明, 对于不同的牵引方式, 应该采用不同的空重车混合编组方式。对于2+0和1+0+1牵引方式, 将空车编组于列车的后部, 可降低车钩压缩力;对于1+1+0牵引方式, 将空车编组于车辆1/2处最为合适;应尽量避免将空车车位与纯重车最大车钩压缩力车位重合;将空车编组于最大车钩压缩力车位之后, 可以降低车钩压缩力。
摘要：建立了1万吨级重载列车纵向动力学仿真模型, 使用Runge-Kutta法对其运动微分方程进行了求解, 并编制了Fortran软件求解程序。以紧急制动工况为例, 比较了不同空重车编组方式与纯重车的车钩最大压缩力, 对不同牵引方式下的空重车混编提出了合理建议, 有助于提高列车运行安全性能。
关键词：空重车混编,牵引方式,车钩力,纵向动力学
参考文献
[1]严隽耄, 傅茂海.车辆工程[M].北京:中国铁道出版社, 2008.
[2]翟婉明.车辆轨道耦合动力学[M].北京:中国铁道出版社, 1997.
[3]李庆扬, 王能超, 易大义.数值分析[M].北京:清华大学出版社, 2001.