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重载列车重量与开行密度组配问题的研究与实现

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 货运重载化是我国铁路发展的一个方向。在短期内我国“北煤南运,西煤东调”的基本格局不会改变,这为铁路重载运输的发展提供了条件。本文在结合国内外重载运输研究现状、国内外重载列车重量与开行密度组配问题研究现状,针对铁路运输能力需要提升的迫切要求,运用遗传算法对铁路重载列车重量与开行密度组配方案进行优化。
本文完成了以下几项的分析与研究:
(1)影响重载运输系统的因素是多方面的,需对影响因素进行优化组合,使之协调匹配。因此,本文重点分析铁路线路和站场、列车牵引、铁路车辆、供电系统、运输组织、装车能力和卸车能力各因素对重载铁路运输能力的影响。
(2)介绍重载运输组织方式的分类(包括单元式重载列车,组合式重载列车,整列式重载列车)及其适用条件,具体分析整列式重载列车组织方式的优点,并对开行不同重量的重载列车的适应性进行分析。
(3)在分析煤炭运量现状情况的基础上,提出扩大重载铁路运输能力的要求;重点分析重载列车重量与开行密度组配方案,在对不同重量的重载列车开行方案计算的基础上,分析各个方案对年输送能力的影响。
(4)由于既有线路运输困难较大,使组合优化问题规模增大和搜索空间剧增,所以使用遗传算法寻求满意解。综合考虑铁路线路运输组织、车站作业时间、线路基础、施工天窗时间、列车区间追踪间隔、车站发车间隔和车站到达间隔等因素,运用遗传算法对铁路线路重载列车重量与开行密度组配方案进行优化。
本文对重载列车运输影响因素进行了分析,为重载列车重量与开行密度组配问题的研究提供借鉴,论文的研究成果对我国铁路货物重载运输的发展具有一定的指导意义。通过对优化结果的分析,对遗传算法在铁路重载列车重量与开行密度组配问题的实际应用具有一定的意义,从而对提高铁路运输的运能具有一定的理论和实用价值。
关 键 词:重载列车;开行密度;遗传算法
论文类型:应用研究

Heavy-loaded freight is one direction of railway in our country. In the short period, our country basic structure of "North coal south, West coal East tune" will not change, which provides advantage conditions for heavy-loaded railway development.Based on the study status of heavy-loaded transportation technology at home and abroad, the study status of the problem of heavy weight train and density of the train at home and abroad, and analysis the problem of heavy weight train and density of the train of Hohhot Railway Bureau, the Hohhot Railway Bureau transport capacity is need to upgrade, this paper uses the genetic algorithm to optimize the plan of Hohhot Railway Bureau heavy weight train and density of the train.
The contents of paper are as following:(1)There are many factor of overloaded transportation system, so need to optimize the combination of factors make coordination match. Therefore, this paper analysis the impact of various factors, such as railway line, train traction, rail vehicles, power supply system, transport organization, loading capacity, and unloading ability, of rail transport of heavy.
(2)The classification of heavy-loaded transport organization including the heavy-loaded unit trains, heavy-loaded combined train, heavy-loaded full train and the implicated conditions are introduced. And specific analysis the advantages of the entire column-type organization of heavy haul train. And this paper uses Fuzzy AHP to analysis the adaptability of Hohhot railway bureau opening line heavy trains of different weights.
(3)Based on the analysis of status, operating characteristics, Transportation Characteristics of the organization, and status of coal trafiic situation, the requirement to expand transport capacity has been proposed. And analysis the current program of heavy weight train and of train density. And analysis of the various programs on the impact of transmission capacity, which based on calculate the different weights of heavy train.
(4)Due to the features technical equipments, specifically the existing lines situation is quite difficult, which increase the size of Combinatorial optimization problems and dramatic increase search space, this paper uses genetic algorithms to find satisfactory solution. Finally, with Hohhot railway bureau as example, this paper use of genetic algorithm to optimize the scheme of heavy weight and density of the train with the most optimized solution.
This paper analysis the heavy-load transport organization model, which provides the reference to study of the heavy weight of the train line with the open group with the problem of density, and The research result of the thesis of China railway goods to the development of heavy-load transportation has certain directive significance Through the analysis, the optimization results of genetic algorithms in railway train aristarchus density with heavy weight problem of practical application of matched stack has certain significance, thus to improve railway transport capacity has certain theoretical and practical value.
KEY WORDS: Heavy haul railway; Opening line density; Genetic algorith
TYPE OF THESIS: Applied Research

目录
摘 要 I
ABSTRACT III
1. 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外重载运输研究现状 1
1.3论文的主要研究内容 5
1.4论文组织结构 5
2铁路重载运输影响因素及其组织方式分析 7
2.1铁路重载运输影响因素分析 7
2.1.1铁路重载运输特点分析 7
2.1.2铁路重载运输影响因素分析 7
2.2重载运输组织方式及其适用条件 11
2.2.1重载运输组织方式分类 11
2.2.2重载运输各组织方式适用条件 11
2.3 本章小结 12
3重载列车重量和开行密度组配方案研究 13
3.1组配方案设计需解决的问题 13
3.2重载列车开行条件分析与设定 14
3.2.1线路和站场分析 14
3.2.2铁路运行区间 14
3.2.3铁路机车车辆 14
3.2.4运输组织 15
3.2.5装卸车能力 15
3.3重载列车重量和开行密度组配方案分析 15
3.3.1重载列车组织模式分析 15
3.3.2多个组配方案分析 16
3.4重载列车重量和开行密度的组配方案优化 21
3.4.1车站通过能力优化 21
3.4.2区间通过能力优化 26
3.4. 3重载列车重量和开行密度匹配优化 28
3.5本章小结 29
4重载列车重量和开行密度组配系统的设计与实现 30
4.1 系统建设目标 30
4.2 系统需求陈述 30
4.3系统设计 31
4.3.1编程环境的选择 31
4.3.2 遗传算法基础 31
4.3.3 功能设计 34
4.3.4 IO设计 34
4.3.5 UI设计 35
4.4 系统主要功能实现 35
4.4.1数据结构的定义 35
4.4.2编码和解码 36
4.4.3参数定义及初始化 36
4.4.4变量上下限初始化 38
4.4.5评估函数 39
4.4.6最优个体跟踪函数 39
4.4.7 选择函数 40
4.5.8交叉函数 42
4.5.9变异函数 42
4.5.10计算函数 43
4.5.11记录函数 45
4.5 系统测试与结果分析 45
4.6 本章小结 48
5结论与展望 49
5.1 结论 49
5.2 展望 49
致 谢 63
参 考 文 献 69


CONTENTS
摘 要 I
ABSTRACT III
1. Introduction 1
1.1 Background and meaning 1
1.2 Heavy-duty Transportation Research Status at Home and Abroad 1
1.3 The main thesis of the structure 5
1.4 Papers organizational structure 5
2 Analysis of Factors Affecting Its heavy haul railway organization 7
2.1 Heavy haul railway influencing factors 7
2.1.1 Characteristics of heavy haul railway 7
2.1.2 Heavy haul railway influencing factors 7
2.2 Heavy transport organization and its applicable conditions 11
2.2.1 Heavy transport organization classification 11
2.2.2 Heavy transport each organization applicable conditions 11
2.3 Papers organizational structure 12
3 The reach of heavy-duty train weight and operation density Combination scheme 13
3.1 The problem of Combination scheme to be solved 13
3.2 The analysis and setting of heavy-duty train conditions 14
3.2.1 Analysis of the line and station 14
3.2.2 Railway operating range 14
3.2.3 Railway rolling stock 14
3.2.4 Transportation organization 15
3.2.5 Loading and unloading capacity 15
3.3 heavy-duty train weight and operation density Combination scheme analysis 15
3.3.1 the organizational model analysis of heavy-duty train 15
3.3.2 the analysis of Multiple Combination Program 16
3.4 Optimization of the program in Combination of the heavy-load train weight and density 21
3.4.1 Optimization of Station through capacity 21
3.4.2 Optimization of Interval through capacity 26
3.4. 3 Optimization of heavy-duty train weight and operation density Combination scheme 28
3.5 Papers organizational structure 29
4 Design and implementation of heavy-duty train weight and operation density Combination scheme system 30
4.1 System development goals 30
4.2 System Requirements Statement 30
4.3 System Design 31
4.3.1 The choice of the programming environment 31
4.3.2 Based on genetic algorithm 31
4.3.3 Functional design 34
4.3.4 IO design 34
4.3.5 UI design 35
4.4 The main function of the system to achieve 35
4.4.1 Definition data structure 35
4.4.2 Encoding and decoding 36
4.4.3 Parameter definition and initialization 36
4.4.4 Variable upper limit and lower limit of initialization 38
4.4.5 Evaluation function 39
4.4.6 The best individual function 39
4.4.7 Selection function 40
4.5.8 Cross function 42
4.5.9 Variation function 42
4.5.10 The calculation function 43
4.5.11 Recording function 45
4.5 System testing and results analysis 45
4.6 Papers organizational structure 48
5 Conclusion and Outlook 49
5.1 Conclusion 49
5.2 Outlook 49
Acknowledgements 63
References 69


1. 绪论
1.1研究背景与意义
随着中国经济改革的不断深入,根据铁路“十一五”规划的发展要求,重载铁路运输已被公认为是铁路货运发展的方向。近几年来,由于煤炭市场供应一直偏紧,煤炭产品供不应求,然而这种供应不足,并不是完全由于煤炭行业生产能力不足造成的,而是由于运力不足所致。由于煤炭的生产地区和消费地区空间距离较长,煤炭运输能力受到明显制约,导致煤炭的富足地区无法及时将煤炭运输至消费区域,形成了煤炭供不应求的局面。只有采取方法提高铁路的运输能力,才能有效缓解这种供不应求的场面。
提高铁路的运输能力,主要可以从以下几方面进行改进:提高开行列车重量、加大铁路行车密度和提高行车速度。当前的情况是我国铁路的行车密度已经接近饱和,很难再增加行车密度,列车的运行速度在短时间内迅速提高的可能性不大,反而开行重载列车,提高重载列车的重量却有很大的前景。提高铁路重载列车的开行重量是目前提高铁路运力的非常有效的手段之一,也是降低运输成本,增加运输量的有效措施。正是由于重载铁路有着如此诸多的优点,所以铁路货运的发展方向,就是重载铁路的发展方向。
铁路运输能力主要决定于单位时间内通过列车的列数及每次列车所能载运的人数或货物吨数,既列车的密度与列车的重量。因此,重载列车密度、重量是体现运输质量,构成运输能力的主要因素[1]。因此,通过学习国内外重载列车重量和开行密度的研究成果,寻求合适的重载列车重量和开行密度组配的模型与算法,运用智能决策方法为重载列车重量和开行密度的合理组配提供有效的理论支持,以提高铁路运输的总体效益, 增加铁路运输能力,探索出适合我国铁路重载运输的技术发展方向,具有极其重要的意义。
1.2国内外重载运输研究现状
铁路重载发展始于20世纪20年代,至今已经在世界上很多国家广泛采用,特别是对于幅员辽阔的大陆国家,具有更重要的现实意义。
(1)国内重载运输研究现状
对于重载列车重量和开行密度组配问题,国内学者的研究热点主要集中在数学模型的建立和求解过程的开发两方面。
张云涛,贾传峻通过对大秦线运输组织进行分析,结合我国重载铁路运输的相关作业过程,阐述了重载铁路运输系统的连续性,复杂性, 协同性,联动性,以及现代化和自动化程度等方面特征[1]。
马晓珂结合国内重载铁路运输发展的具体情况,对铁路重载运输组织进行全面的分析。使用定性与定量分析并举的方法,研究开行直达单元式重载列车的意义和作用。并且对大秦线的运输组织进行分析,建立模型使用线性规划求解适合的重载列车开行方案,对大秦铁路的运输组织相关问题进行探讨。他的研究对我国重载铁路运输的发展具有一定的指导意义[2]。
黄光宇介绍了国外重载运输及大秦线的相关情况,对我国现有铁路车辆如何适应开行万吨列车进行了分析探讨[3]。
钱立新阐述了当前国际重载铁路的发展水平,即重载铁路的轴重和牵引质量有很大的提高,重载铁路货运量迅速增长,以及新技术新装备在重载铁路的研究和运用,保障重载列车的运行安全性[4]。
罗金保论述了大秦线是我国重要的重载铁路线,若要实现大秦线年运量翻一番的目标,就应该采用新设备新技术,提高大秦线路的基础设施设备[5]。
华正,祝静茹指出铁路运输在国民经济中占有重要的组成部分,在运输安全方面必须加大对安全的投入,在运输设施设备方面应该采用先进的技术设备和作业方法,从而为我国铁路的安全管理提供一些参考[8]。
陈似松分析了我国铁路重载运输的发展情况及重载列车组织模式,探讨了重载列车开行对机车牵引方面的要求,为开行重载列车在机车方面的要求提供了参考[9]。
朱玲结合线大秦线的实际情况,对线路的正线,坡度,机车牵引,到发线等相关技术条件进行了研究,通过分析其运营现状及运输组织模式方面存在的问题,对重载铁路的运输组织进行了论述,并且提出了建议[12]。
班长青阐述了大秦线的运输能力,对我国铁路重载货物列车运行情况进行分析,从行车组织方面对重载列车开行的相关问题提出了建议[13]。
苏勇根据重载铁路运输线的实际情况,提出适合重载运输的组织方式。在开行重载列车的重量方面,应开行5000吨,万吨,2万吨的重载列车;在装卸车方面,减少技在站的集结时间和解体时间,采用翻车机整列卸车的方式;车站到发线有效长应满足重载列车长度要求,对运输线路的基础设施进行改造[18]。
杨宇栋,胡思继,贾传俊提出保障大秦线重载列车开行安全的运输安全保障系统对信息性、综合性、适应性等方面的要求,以保证运输安全为核心制定了大秦线重载列车运输安全保障系统的四层结构,为我国研究重载运输安全保障系统提供了重要的参考[19]。
聂阿新指出铁路智能运输系统在铁路运输系统中的重要作用,为建立中国铁路特色的铁路智能运输系统的发展提供了指导和依据 [20]。
林红玉,王俊刚针对大秦线供不应求的现状,提出相关运输组织,机车车辆运用,线路应用和基础设施等方面进行改造,从而改变这种运能不足的局面[21]。
周孝文根据实际情况,预测大秦铁路2010年以后的铁路运量,并分析了现有运输组织方面的薄弱环节,提出相关建议提高输送能力[28]。
范振平,林柏梁,杨科结合大秦线实际运输情况,对大秦线货源、市场、运能、基础设施等方面进行研究,为大秦线重载运输提供依据[29]。
牛会想从大秦线现状运输组织模式、实现的运输能力,结合4亿t目标的运量构成、相邻线配套的大秦线运输组织模式等方面,对大秦线实现4亿t运能目标的运输组织模式进行研究分析[44]。
黄良骥,唐涛对地铁列车自动驾驶系统进行分析,并对列车自动驾驶系统的车载设备进行设计[56]。
唐涛,黄良骥介绍了列车自动驾驶系统的基本结构和功能,并对各控制算法的研究情况与投入使用的情况作了详细分析,同时还对列车自动驾驶系统控制算法的前景作了展望[57]。
(2)国外重载运输研究现状
国外重载铁路研究主要集中在在借鉴已有重载铁路的经验上,提高自己的运输效率。通过进一步优化作业方法和采用新技术, 从而提高重载运输生产,确保最大的收益率。
Ferreira综述了优化和模拟列车和机车调度,以及养路规划,列车开行策略的工具和研究方法。虽然最佳的解决方案可以使用这些工具来获得,但是他们的铁路运输组织还没有得到广泛接受。大多数模型所做的简化假设,使他们的实际应用中难以实现。Ferreira使用模拟专家系统的方法提供了一个有用的实际路径操作的规划[6]。
Stuart Grassiea, , , Paul Nilssonb, Kjell Bjurstromc, Anders Frickb, Lars Goran Hanssond已开展对瑞典的Malmbanan ,或铁矿石的铁路的测定,通过制定涉及轨道常规磨削,减少滚动接触疲劳( RCF )的伤害等预防性维护制度,在短短的前2年的测试,磨轨更换的总成本降低了近40% ,而无论是铁路还是轨道质量都得到了普遍提高[70]。
Choua, Xiaa, , Kayserb提出了一种配有电控气压制动系统的重载列车纵向动力学模型。该模型支持特定轨迹部分记录的输入数据。由此产生的模拟输出与现实生活中的数据进行比较。从这个研究可以得出这样的结论:纵向模型是考虑调速,火车制动等因素, 并配有电控气压制动系统重载列车是能耗管理的合理选择[71]。
C Cole,Y Q Sun对三种类型的车皮连接耦合系统进行列车仿真模型,用107辆进行评估。这列火车是由103辆货车和4节机车组成。机车被放置在两个组的头和中间列车的位置。同时对动态响应和疲劳损伤进行了分析[72]。
J.J.Marais介绍局部应变的方法在预测车轮的表面下缺陷的作用,从而能够避免引起车轮的失败所引起的巨大经济损失[73]。
(3)国内外重载列车重量与开行密度组配研究现状
对于重载列车重量和开行密度组配问题,国内外学者的研究热点主要集中在数学模型的建立和求解过程的开发两方面。目前,国内外重载列车重量与开行密度组配问题的数学模型的建立和求解过程研究主要在以下几个方面:
①运用神经网络数学模型解决列车重量和开行密度匹配问题。人工神经网络是模拟人脑及其活动的一个理论化数学模型,它由大量的处理单元通过适当的方式互连构成,是个大规模的非线性自适应系统。由于人工神经网络自身的局限性,近年来其发展有停滞不前的迹象[7]。
②运用数学或者运筹学中的优化理论,构造线形规划模型解决重载列车重量、开行密度组配问题,对于双线自动闭塞,衡量列车密度的指标主要是列车追踪间隔时间。牵引质量提高后,列车长度增加,则两列车的重心之间的距离相应增加使得间隔时间增加,咽喉区对列车的限速距离限速时间相应增加。列车追踪间隔主要由区间列车追踪间隔、车站发车间隔和车站到达间隔组成。根据多条铁路的设计及运营经验,车站发车间隔往往是限制因素,通过计算最小发车间隔时间,得到牵引质量与行车密度之间是相互制约关系的。[8]
③运用模糊规划模型解决重载列车重量和开行密度组配问题。运用模糊多目标评价,对有约束条件的重载列车重量与开行密度组配问题建立模糊规划模型,将模糊规划模型转化为线性规划模型求解[14] 。
④ 运用遗传学算法解决既有线路重载列车重量、开行密度组配问题,遗传算法是一种最优化算法,它在解决组合优化问题上表现出较强的求解能力[15]。
1.3论文的主要研究内容
(1)绪论:国外重载运输研究现状;国内重载运输研究现状;国际重载列车重量和开行密度组配问题研究现状;国内重载列车重量和开行密度组配问题研究现状;我国重载列车重量和开行密度组配存在的问题;研究目的和意义;论文中准备解决的重点问题。
(2) 重载铁路运输能力各影响因素及组织方式分析:铁路重载运输的特点;影响因素分析:铁路线路和站场、列车牵引、铁路车辆、供电系统、运输组织、装车能力、卸车能力;重载运输及其适用条件,包括单元式重载列车,组合式重载列车,整列式重载列车。
(3)重载列车重量与开行密度组配方案分析:包括重载列车重量和开行密度的组配方案分析,组配优化分析,优化区间和车站的通过能力。
(4) 运用遗传算法,对铁路重载列车重量与开行密度组配目标函数进行分析,得出与现行实际情况相适应的开行密度方案,为实际重载列车重量与开行密度组配工作提供参考和依据。
(5)结论与展望:虽然本文运用遗传算法对重载列车开行密度和重量进行了优化,但是由于遗传算法的某些特性,使得对结果的优化可能出现局部最优值,所以对遗传算法仍须进行改进,以为重载列车重量和开行密度的组配问题提供更好的决策和依据。
1.4论文组织结构
本文从铁路重载列车运输影响因素和组织方式出发,结合线路的实际条件,运用遗传算法对重载列车开行密度和重量进行优化。
论文第二章从重载铁路运输组织方式和影响因素方面入手,对各种运输要素和组织方式进行阐述,分析了重载铁路对各种运输要素的要求与运输组织方式的适应性。论文第三章从其运输设备,组织情况和影响因素,对重载列车重量和开行密度的组配进行了分析。第四章介绍了遗传算法的基本概念和算法,并针对第三章提出来的组配方案进行分析,运用C++对重载列车的开行密度与重量组配问题进行算法和功能的实现,并对结果进行测试和分析。第五章则是对文章的总结和展望。
2铁路重载运输影响因素及其组织方式分析
铁路重载运输由于牵引质量大,列车长度长,对运输设施设备有着一定的要求,同时由于重载列车组合方式的不同,使得重载列车的作业办法也不相同。因此本节重点对影响重载列车的因素和组织方式进行分析。
2.1铁路重载运输影响因素分析
2.1.1铁路重载运输特点分析
随着重载铁路运输的发展,对重载铁路的概念和界定有了如下定义:即列车的开行重量至少达到5000吨或以上;铁路货车的轴重达到21吨及以上;铁路线年运量达到2000万吨以上。
鉴于我国具体国情,对运输量达,轴重大,流向集中,产销稳定等特点的货运铁路,都可以认为是重载铁路。
2.1.2铁路重载运输影响因素分析
铁路重载运输对铁路的硬件和软件有不同的要求,见图2.1。由于铁路是车,机,工,电,辆等各部门联合进行生产的,所以只有将这些因素全部考虑进去,才能从根本上提高重载铁路的运输能力。
图2.1重载运输的影响因素分析图
1 铁路线路和站场
重载列车由于开行重量大,轴重大,对铁路线路有着更高的要求,需要铁路线路具有高强度、可靠性和耐久性。同时对于线路的平顺性和限制坡度也有要求。开行重载列车的线路,必须改善铁路路基,轨道的工作状态,
(1)重载铁路的线路应要求:
提高线路平顺性,加大曲线半径,减小限制坡度,铺设无缝钢轨,采用大号码道岔等。
(2)重载铁路站场的到发线有效长要求:
车站到发线有效长是铁路列车牵引重量的限制条件。对于始发、终到的重载列车车站应有1或2条有效长为1050m~1250m的到发线,中间站可延长1条到发线,中途有列检作业的车站可延长至2股道。
(3)重载铁路的路基和轨道应满足:
a)路基标准化
路基是铁路线路的基础,它直接承受着列车的荷载,因此必须具备坚固、稳定、耐久的良好性能。我国重载线路路基技术标准铁道部已早有规定。
b)轨道重型化
提高轨道承载力是保证重载列车运行安全的基本条件。现在普遍存在的问题是重型钢轨数量不足、钢轨基础薄弱、轨枕易断裂、线路稳定性差等现象。为适应重载需要,线路应采用重型钢轨和承载力大的轨枕,扣件 [22]。
c)养路机械化
养路机械按照用途可以分为维修机械、大修机械、检查机械和及修理机械。由于重载铁路运输强度大,为了保证线路质量和行车安全,必须采用现代化的养路机械,以保证线路的安全可靠。
d)检测现代化
重载铁路轨道应采用现代化的检测手段,以保证重载线路质量及列车运行安全的。2列车牵引
重载列车由于重量超过普通列车,需要更大功率的内燃机车或者电力机车,以提供足够的牵引能力、较高的制动力。
(1) 机车功率
选择适当的机车功率,以保证机车有足够的牵引力来牵引列车
(2) 提高机车制动能力
提高制动能力是保证行车安全的重要措施。由于重载列车重量大,运行过程中的惯性就大,这就要求有良好的制动能力,以保证列车运行安全。
(3) 提高机车的控制水平
重载列车一般情况下是多机牵引,因此在牵引和制动过程做到同步调整和控制十分重要。
(4) 提高机车运用的可靠性
重载运输对牵引机车部件的强度和可靠性要求较高,所以应在机车上装设必要的故障检测和诊断设备,以确保安全。
3 铁路车辆
为适应重载运输,货车应向宽、短、强度高、自重轻等方向发展。在自重系数较小的前提下,应增加车辆的容积或轴重,采用高强度车钩,高性能缓冲器等,现阶段我国铁路重载运输主要是C70型敞车和C80型敞车,其技术参数见表2.1:
表2.1重载车辆技术参数表
技术参数 C70 C80
载重(t) 70 80
自重(t) ≤23.6 ≤20
轴重(t) 23.6 25
自重系数 0.33 0.25
每延米重(t/m) 6.69 8.33
容积(m3) 77 87
比容(m3/t) 1.1 1.09
商业运营速度(km/h) 120 100
车辆长度(mm) 13976 12000
车辆定距(mm) 9210 8200
车辆最大高度(mm) 3143 3793
车辆最大宽度(mm) 3242 3184

4供电系统
普通列车相比,牵引重载列车的机车在功率及整个供电设备规模都提出了更高的要求。为满足大功率牵引负荷的需要,必须采取更多的综合技术措施用以提高牵引供电能力和接触网的可靠性,从而保证重载列车供电的需要。
5 运输组织
运输组织对开行重载列车十分重要,为了更加有效地利用运输设备,保证线路畅通运输,必须做好运输的组织工作。
(1) 加强日常空车调配,做好货源、货流和车流的组织和调度指挥工作
在日常行车组织工作中,从日班计划入手,重点设置专人负责管理重载列车,使重载列车车流、机车、到发线运用及运行组织紧密衔接。
(2) 重载列车与非重载列车在数量、结构上相互匹配恰当
根据技术作业过程,货流、车流集结情况,到发线、机车等具体条件,制定重载列车与非重载列车在开行数量上的合理匹配。
(3) 中间越行站的布点要适宜
在重载列车与非重载列车混合开行的区段,必须设立适量的中间站,为待避客货车、运行调整以及处理故障等。它的设置与区段长度、区段内各种性质的列车数量及重载列车运行距离和各区段间的接续时刻等有关。
6 装卸车能力
与普通货物运输相比,重载运输在货源、货流及装卸车作业效率等方面提出了更高的要求。具备大宗稳定的货源及大能力、高效率的装卸车作业系统是重载列车开行的必要条件。
2.2重载运输组织方式及其适用条件
重载运输是指在一定的铁路设施设备上,通过增加列车的编组长度,从而更大地提高列车开行重量,采用大功率机车牵引的重载列车的运输方式。这种方式能够充分发挥铁路大运量、全天候、长距离的运输优势,并且加速机车车辆的周转,加快物资的运输速度,达到提高线路的通过能力、降低铁路运营成本、获得更大效益的目的。
2.2.1重载运输组织方式分类
重载列车的运输组织方式,根据货源、货流的具体情况,分为三种模式:
(1)单元式重载列车
单元式重载列车是由固定的机车、车辆组成为一个单元,并以此作为计费单位。
单元式重载列车重量在一万吨至两万五千吨之间,采用多机牵引,机车挂于列车头部和三分之二处,并从装车点到卸车点之间固定循环运输,并且装卸车时机车和车辆不进行分解,作业过程中没有任何调车作业,列车整体进行检修。装车站利用定量漏斗或筒仓和自动计量设备,实行不停车装车,每小时装车能力达七千吨至一万吨。卸车站采用翻车机或底开门自卸车辆,并且实行不摘钩卸车。
(2)组合式重载列车
组合式重载列车是两列同方向运行的货物列车合并为一个列车,列车重量在六千吨至一万吨之间,机车分别挂于重载列车的头部和中部,实质是两列货物列车利用一条货车运行线。
(3)整列式重载列车
整列式重载列车的概是由大功率机车单机或双机牵引,列车重量达五千吨以上,机车挂于列车头部,站线有效长满足列车长度的要求。
2.2.2重载运输各组织方式适用条件
(1)单元式重载列车适用条件:
单元式重载列车是建立在货流稳定、集中,产、运、销相互协调一致,装、运、卸各个环节能力相互配合的基础之上。一般由生产单位和消费区域单位签订长期供货合同,铁路部门按照运量、运距和列车周转时间来制定运输方案。
开行重载单元列车需有以下几个条件:运送货物的品种单一、运输方向和目的地固定,机车车辆性能符合重载单元列车要求,车组固定编组,中途不进行任何解编作业等等。大秦线目前也是这种组织方式。
(2) 组合式重载列车适用条件:
组合式重载列车本质上是两列货物列车利用一条货车运行线。其运输组织和线路的繁忙程度,车流、货流的集散情况,装卸站、编组站的线路情况有关。组合式重载列车能根据不同情况进行组合与分散,组织灵活,因此不仅减少了占用线路的时间,而且还增加列车重量,把行车密度和列车重量结合起来,最大限度地提高线路的通过能力和输送能力,缓和繁忙线路的运输能力紧张状况。我国铁路在上世纪70、80年代也曾采用过这种运输组织方式,但在具体组织上,由于受车场有效长限制,第一列车与第二列车连挂时,第一列车要占用区间,影响了列车间隔时间。这种组织方式的一个优点是,组合运行完毕后分部运行较容易。
(3) 整列式重载列车适用条件:
整列式重载列车的作业组织方法,如列车到达、出发、编组、解体、取送车、装卸车和机车换挂等作业均与普通货物列车作业模式相同,只是牵引重量比一般货物列车有很大提高。这种组织方式适用于货流增长不大,运输设备能满足列车牵引重量的要求。我国繁忙干线,如京广线(北京~武昌)、京沪线(徐州~上海)、陇海线(徐州~郑州)开行的重载列车主要为这种模式。
整列式重载列车不但可以提高运输能力,还能减少货车周转时间,提高使用效率。与开行普通列车相比,整列式重载列车须加大列车的追踪间隔,提高安全系数,使调度指挥有更大的灵活性。
2.3 本章小结
本章对影响铁路重载列车开行的影响因素进行分析,包括影响重载列车开行的线路条件,牵引机车,车辆,供电系统,运输组织等因素,以及对重载运输组织方式进行了分析,并分析其适应条件,为重载列车的开行以及开行密度和重量匹配问题奠定了基础。

3重载列车重量和开行密度组配方案研究
3.1组配方案设计需解决的问题
在现有的设施设备情况下,列车运行图已经接近饱和,列车运行速度短时间内不会有太大提高,列车运行密度已经很大。在不影响管内客车和非重载列车正常运行的前提下,对重载列车开行方案进行优化,只能从单日内开行重载列车所占用列车运行图的能力出发,运用其占用的运行图能力,来优化其重载列车的开行方案,使得重载列车运输量有所提高。对于目前而言,开行的重载列车主要是万吨列车和5000吨列车,因此主要考虑优化这两种列车的列车运行方案,从而提高运量。
优化重载列车开行方案,首先要考虑到重载列车在区间运行的实际问题,假设在区间运行速度5000吨重载列车和万吨重载列车的运行速度相差不大,机车的功率足够牵引万吨列车,那么对于5000吨重载列车和万吨列车而言,在双线自动闭塞区间的通过能力则取决于不同时到发间隔和列车追踪间隔,不同时到发间隔在双线自动闭塞区段取决于列车发车间隔,对于5000吨列车和万吨列车而言,列车发车间隔是不同的,同时追踪运行间隔也是不同的。这就要求优化重载列车开行方案,就必须综合考虑5000吨重载列车和万吨列车的列车发车间隔和列车追踪间隔,在其基础之上进行优化。
优化重载列车开行方案,还需要考虑车站的通过能力。而车站的通过能力包括到发线的通过能力和咽喉区的通过能力,由于5000吨重载列车和万吨重载列车在车站占用的到发线和咽喉的时间不一样,因此在开行5000吨列车和万吨重载列车在车站占用的时间也不一样,占用车站的通过能力也不一样。考虑重载列车在车站的作业过程,5000吨重载列车的作业过程相对万吨列车而言,占用的车站通过能力较小,万吨相对占用的能力较大,因此还需要对5000吨列车和万吨列车的车站通过能力进行优化。
开行5000吨列车,列车追踪间隔和不同时到发间隔较小,相同的时间内占用区间通过能力较小,同时在车站占用的到发线和咽喉区的时间也相对较小,对车站能力影响较小,因此可以开行的列车对数就会增加;相反的,开行一列万吨列车,占用的区间能力和车站的能力都相对而言比较大,因此在相同的时间内开行的对数较少。然而就总运输量而言,开行万吨列车,虽然列车重量大,但是开行的密度较小;开行5000吨列车虽然列车重量相对较小,但是开行的密度却相对较大。因此,在现有运输组织方式下,以列车安全、正点为前提,合理匹配重载列车重量与开行密度是非常必要的,通过优化重载列车重量与开行密度组配方案,对列车输送能力的提高是有一定的作用的,借助遗传算法找到最佳的列车重量与开行密度组配方案是可行的,对于客货混跑的繁忙干线提高运输能力,实现运力最大化是具有非常重要的意义的。

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作者:佚名
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