我国客运专线高速列车安全运行大风预警系统研究

研究目的:为了确保大风天气条件下高速铁路动车组安全运行,必须建立大风预警系统,制定运行管制规则及对策,从而达到安全、高效行车的目的.研究结论:我国铁路沿线大风类型主要有寒潮大风、短时雷雨大风和台风大风.防风预警系统必须根据大风类型和地形地貌的不同,分别建立不同类型短时风速预测模式,其地形因数k由流体模拟与实际监测结果的比值确定,并绘制大风天气条件下高速列车运行管制曲线图,从而为行车指挥控制系统提供较为合理的行车速度限制信息.运用该研究成果既可降低大风对客运专线高速列车安全行车的影响和危害程度,又可保证最大程度的行车效率.     

高速列车操纵运行的数值仿真

根据世界各国发展高速列车的经验和中国京浪高速试验列车预研究的进展，应用先进的数值仿真方法，深入详细地开展高速列车操纵运行的研究。以京沪试验列车运行的可行性方案为基础，建立了京沪高速线路库、高速列车机车车辆数据库和高速列车制动系统的数学模型，研制了高速列车操纵运行的数值仿真程序，对京沪高速试验列车操纵运行的关键技术问题进行了较全面的分析和研究。同时还对京沪高速列车进行了不同牵引重量、不同运行速度和不同停车方式的操纵运行的数值仿真。比较了京沪高速列车不同运行方案的运行时分、制动距离和能量消耗。研制的数值仿真程序的实用性和可靠性在近年来的各次重大提速和高速试验中得到反复验证。     

万吨级重载列车的安全运行条件研究

本文结合万吨列车的空气制动、动力制动及缓装置等技术装备条件，分析了万吨级重载列车的特性，对万吨列车的安全运行条件进行了研究，指出在采用先进技术装置备的同时，要贯彻以动力制动为主，空气制动为辅的操纵原则，应提高司机的操纵技术及装备的维修保养水平，并应创造良好的行车条件。     

高速列车车间悬挂对运行平稳性影响的研究

以列车为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了带车端悬挂系统的5辆车编组、3辆车编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型,对高速列车的运行平稳性进行研究。对单车和3辆车编组的列车模型的频域分析表明车辆间加入车端悬挂系统增加了车辆间的耦合,能有效地提高列车高速运行时的平稳性。运用5辆车编组的列车动力学模型,采用时域仿真的方法,对车端悬挂参数进行了研究。研究表明车端的横向及垂向刚度和阻尼分别对列车的垂向和横向运行平稳性影响较大,车端的纵向能同时起到抑制车辆点头和摇头振动的作用,但需要设置较大的数值。     

运行工况和环境对高速列车设备通风的影响分析

对不同速度、不同运行环境对高速列车设备通风的影响因素进行了研究分析.研究结果表明,车速和环境温度的变化对设备通风的影响不明显;隧道运行时设备的通风量略有降低;湿度对通风设备的压头和功率等有一定的影响.     

高速试验列车牵引试验的仿真研究

为配合Z型动车组的高速试验,进行列车牵引能力校核和试验方案的仿真研究,以帮助确定列车编组和试验方案。研究选用成熟的牵引计算仿真平台,建立描述Z型动车组性能的机车车辆数据库,以及试验区段的线路数据库。进行仿真研究时,考虑了两动九拖、两动五拖、两动四拖、两动三拖、两动两拖5种编组方案。认为在确保安全的情况下,利用现有条件,试验可能实现的最高速度为330km·h-1,具体的编组方案选为二动三拖较为适宜,并应遵循确保安全、秩序渐近的原则逐步提高速度目标值。     

横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h,横风速度分别为10、15、20、25和30m/s,风向角为90°的25个工况进行气动特性的数值模拟,并采用国内实测轨道谱和德国轨道谱分别对这25个工况的车辆轨道动力学性能进行仿真计算和对比分析。结合国家标准和技术规范,给出CRH3型列车在平地上运行时,横风风速与列车最大安全运行速度之间的对应关系,为横风作用下的列车运行安全控制提供参考。     

准高速列车侧向人员安全距离的研究

本文采用现场实测方法，对钝形准高速列车运行时对线路侧向人员的气动作用进行量测，研究了人体气动荷载的变化规律和影响因素。并采用类比法，提出了准高速列车的轨侧人员和站台人员的安全距离。     

高速列车安全运行电磁控制系统的研究

提出高速列车安全运行电磁控制系统(简称电磁安全控制系统)的设计方案。电磁安全控制系统采用主动控制方式,通过对现场采集的数据信息进行解析,获得轮对间受力情况,经核心运算输出控制信息,控制执行机构动作电磁系统,使两轮对间受力趋于平衡,实现对列车运行状况的实时调整和危险情况下的自动控制。最后,从系统的实现功能入手,对其进行动态模拟,并对所得数据进行分析、对比,完成对系统性能的试验论证。     

高速列车网络控制系统安全性设计

介绍了高速列车网络控制系统的安全性需求、系统的安全设计层次,重点论述了RAMS工程,从安全需求、指标分配和评估、故障树分析、DFMEA分析等方面详细论述了网络控制系统安全性的保证措施,并提出了我国列车网络功能安全的一些思考与展望。     

基于动态面方法的高速列车蠕滑速度跟踪控制

针对高速列车的主动黏着防滑控制问题,提出基于障碍Lyapunov函数的蠕滑速度动态面跟踪控制算法,可以实现对蠕滑速度的上界约束,同时保障黏着控制系统的稳定性。首先建立考虑牵引与制动转矩产生过程的高速列车动力学模型,并将黏着控制问题描述为含输出约束的非线性系统的跟踪控制问题;然后引入障碍Lyapunov函数处理输出约束问题,设计了自适应动态面控制律,未知参数由自适应律估计得到,未知时变的黏着力和运行阻力由两个力观测器来估算;最后通过Lyapunov方法证明了蠕滑速度跟踪误差半全局一致最终有界,蠕滑速度始终保持在稳定区域内。仿真结果证明了该方法的有效性。     

高速铁路列控中心软件安全性需求形式化建模

列控中心的安全性直接影响高速铁路的运行安全,为实现对其安全性需求更本质的形式化定义,提出1种基于安全行为模型的建模方法.根据其安全性需求的特征,安全行为模型定义安全因子以此描述系统状态、系统行为与系统风险之间的度量关系,采用安全约束规则对软件的安全约束行为、安全响应行为及安全失效行为进行描述.通过在我国高速铁路列控中心安全性测试与验证中的应用,说明了该方法的有效性.     

高速列车本构安全保障技术

从贯穿设计研发—产品制造—运维保障全寿命周期的高速列车本构安全技术体系架构出发,详细介绍了设计研发过程中的本构安全典型技术项点,尤其是国家先进轨道交通重点专项关注的防火、碰撞及防冰雪技术;结合高速列车产品技术及运维需求前景,展望了高速列车本构安全保障技术的未来发展方向。     

高速列车过隧道时对接触网安全性的影响分析

为研究高速列车过隧道时对接触网系统安全性的影响,采用数值模拟的方法,利用滑移网格技术,对不同编组的高速列车以350 km/h的速度分别通过单线隧道和双线隧道的过程进行仿真,通过监测吊柱位置处的气流速度和气体压力,得到隧道内活塞风特性;基于气动特性仿真结果,对接触线风振响应进行模拟仿真,得到隧道内接触线位移偏量范围。结果表明,列车编组越多,隧道断面越小,列车车速越大,形成的列车风速度越大,气动特性越显著;列车进入隧道入口瞬间,接触线有最大正向位移偏量为2.92 mm。     

横风下高速列车非定常空气动力特性研究

通过大涡模拟(LES)数值计算方法,对均匀定常横风下高速列车的非定常空气动力特性进行了研究。计算得到横风下列车车体所受空气动力的时域及频域特性、列车周围非定常流动结构及相应非定常流场特性。对计算结果分析表明,即使在均匀定常横风下,列车所受空气动力也存在明显的非定常性。对于所研究车型,这种非定常空气动力的特征频率出现在11 Hz以下,并且主要峰值集中在0~3 Hz区间,这与列车系统本身的固有振动模态频率接近,存在横风引起列车系统共振,进而发生列车倾覆的可能;同时研究表明,横风下列车周围流场非定常特性与列车所受非定常空气动力特性在频域中存在对应关系,可以通过测量非定常流场确定列车非定常空气动力特性。     

基于以太网的高速列车控制系统研究

以太网因在提升列车维护效率、降低维护成本、促进列车智能化方面逐渐展现出独特优势,所以基于以太网搭建智能化的控制系统将是列车控制的发展趋势。文章从当前高速列车控制系统的现状出发,提出了一种基于以太网的列车网络控制系统。结合系统的拓扑结构,分别从系统工作效率、实时性和可靠性方面进行了系统的阐述。结果证明该系统在构建高速列车控制系统方面具有很好的应用前景。     

高速列车系统安全可靠性分析评估方法研究

在对国内外高速列车系统安全可靠性研究现状分析的基础上,面向我国高速列车提出了一套完整的系统安全可靠性分析方法体系与评估流程,并对可靠性网络模型、安全域风险评估等系统安全可靠性分析方法进行了深入研究。基于我国CRH2型高速列车的实际运用数据对以上方法及其评估流程进行了实施验证,为形成兼容国际标准的中国高速列车安全可靠性分析评估标准规范,以及高速列车安全可靠性设计与健康运维提供了技术支撑。