侧风作用下高速列车安全运行控制策略研究
发布时间：2021-10-30 07:12
强风是威胁高速列车运行安全的复杂环境之一,我国沿海线夏季台风、兰新二线的春秋季风等都严重威胁到高速列车的运营安全,尤其是在强侧风作用下,高速列车受到的横向气动力使列车车体产生剧烈横向振动,使高速列车姿态发生严重变化,随着风速和车速逐渐增大,这种情况更加严重,最终可能导致列车延误、脱轨、甚至倾覆和人员伤亡事故。为了确保强风环境下高速列车安全运行,不但要采取被动防风措施,而且最主要的是必须对列车的运行速度和姿态进行实时自动调整和控制。因此,开展大风环境下高速列车安全运行主动控制策略研究,为铁路运营部门避免在恶劣风环境下发生安全事故、进行科学决策和安全行车指挥调度等,确保高速列车安全运行提供参考依据,也是研建具有自主知识产权的高速列车ATO（Automatic Train Operation）控制系统的核心关键技术之一。大风环境下高速列车的运行是一个强耦合、高度非线性过程,且随着风速增大和车速增加,这种特性逐渐增强,因此需要更高要求的控制系统及其智能控制算法。本文以侧风环境下高速列车为研究对象,以列车牵引运动学、风特性及其对列车的作用和影响、多体系动力学和空气动力学等为基础,通过对脉动风特性...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
强侧风造成高速列车脱轨倾覆事故现场
长、气候最恶劣的高原铁路[13,14]。青藏线上的大风日较多，沿线年平均大风日为 ～160 天，最大风速达到 20m/s～28m/s[15]，虽然青藏铁路线目前不属于高速客运专列车的运行也严重受到强风威胁；兰新二线铁路线路经过新疆境内的烟墩风区、百区、三十里风区、达坂城风区和甘肃境内的安西风区等大风区，总长度达 460 公兰新线、南疆线通车以来，大风曾多次造成既有兰新、南疆铁路列车停轮、脱轨、和翻车等铁路交通事故，吹翻列车将近 100 辆，直接经济损失超过 1000 万元[14,1典型的例子为2007年从乌鲁木齐开往阿克苏的 5806次旅客列车在南疆线上距离吐 70 公里处突遇 13 级大风，造成列车 9 至 19 节车辆脱轨，事故造成多人伤亡和重济损失[17]，如图 1.1（d）所示。 2011 年 6 月 30 日通车的我国京沪高速客运专线中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，线路全长 1里，全线纵贯北京、天津、沧州、德州、济南、蚌埠、南京和上海大城市，沿途铁路最大风速极有可能超过 30m/s，而有些地方的极大风速甚至都超过 35m/s[18]。因国青藏铁路线，以及兰新二线和京沪高速客运专线都极有可能造成严重的大风行车事故，从而在强风环境下运行的列车发生脱轨甚至倾覆安全性问题也引起了国内外、专家和铁路部门等广泛的关注与重视。
图 1.3 我国快速铁路网规划图综上所述，强风（特别是强侧风）是自然环境（包括地震、强风、雨雪、泥石流坡等）威胁高速列车运行安全的复杂环境之一，强风环境下高速列车脱轨甚至倾覆要原因有三点，其一，风速超过临界值，而列车运行速度在临界运行范围内；其车运行速度超过临界值，而风速不足以给高速列车安全运行造成威胁；其三，风速车运行速度都超过各自的临界值。由此可见，高速列车经过大风区时，需要采取有被动防风措施和主动控制限速来保证高速列车的安全运行，其中，主动控制限速需全性高、可靠性高、控制精度高、响应速度快的自动智能列车控制系统，如何设计科学合理的智能控制系统和算法以实现对强风环境下运行的高速列车进行有效、实控制，从而进一步提升系统的效率和安全，确保高速列车运行安全成为了亟待解决键问题。我国的高速铁路建设蓬勃发展，“四纵四横”铁路客运专线和三个城际快速客运即将完成，然而，强风（尤其是强侧风）造成高速列车脱轨甚至倾覆事故却时有发此，本文的主要研究内容和工作恰好是在这种机遇与挑战并存的背景下进行的。那强风环境下如何避免或减少列车脱轨甚至倾覆事故的发生，已经成为高速列车运行
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Mallat算法与ARMA模型的露天矿卡车故障率预测[J]. 白润才,柴森霖,刘光伟,李浩然,张靖. 中国安全科学学报. 2018(10)
[2]基于多尺度小波变换和结构化森林的表面裂纹分割[J]. 王森,伍星,张印辉,陈庆. 光学学报. 2018(08)
[3]基于元胞自动机的高速铁路列车群追踪运行仿真模型[J]. 王丹彤,王芙蓉,黄凯. 铁道标准设计. 2018(04)
[4]时间序列法在临近空间大气风场预报中的应用[J]. 刘涛,肖存英,胡雄,涂翠,杨钧烽,徐轻尘. 空间科学学报. 2018(02)
[5]基于提升小波的时间序列分析法的电力负荷预测[J]. 张帆,张峰,张士文. 电气自动化. 2017(03)
[6]馈能式电磁作动器的设计与性能试验[J]. 黄大山,张进秋,刘义乐,刘峻岩. 噪声与振动控制. 2017(01)
[7]我国铁路网将升级为"八纵八横"[J]. 时永庆. 工程建设标准化. 2016(07)
[8]基于多元线性回归的雾霾预测方法研究[J]. 付倩娆. 计算机科学. 2016(S1)
[9]基于改进的QPSO-WNN滚动算法的铁路沿线短期风速预测[J]. 路学海,潘迪夫,韩锟,李继松. 铁道科学与工程学报. 2016(05)
[10]预见控制理论及应用研究进展[J]. 甄子洋. 自动化学报. 2016(02)
博士论文
[1]多列车协同运行的若干控制问题研究[D]. 高士根.北京交通大学 2016
[2]城市轨道交通多列车运行节能优化控制[D]. 唐海川.西南交通大学 2015
[3]列车自适应鲁棒驾驶控制[D]. 罗恒钰.北京交通大学 2015
[4]侧向风作用下风载突变效应对列车运行性能的影响研究[D]. 吴梦雪.西南交通大学 2015
[5]基于可靠性的高速列车风致安全研究[D]. 于梦阁.西南交通大学 2014
[6]列车横向悬挂控制策略研究[D]. 李广军.西南交通大学 2013
[7]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[8]强风场中高速铁路桥梁列车运行安全分析及防风措施研究[D]. 张田.北京交通大学 2013
[9]横风作用下的高速列车气动特性及运行安全性研究[D]. 郗艳红.北京交通大学 2012
[10]瞬态风荷载下的列车运行安全性研究[D]. 苗秀娟.中南大学 2012
硕士论文
[1]基于效能的城轨线路列车群协同运营控制模型研究[D]. 贾宁.北京交通大学 2018
[2]横风作用下高速列车气动特性及其运行安全性能研究[D]. 雷国茂.西南交通大学 2017
[3]智能算法在无人驾驶城轨列车牵引控制中的应用研究[D]. 银铭.兰州交通大学 2017
[4]多列车协同控制节能优化方法的研究[D]. 李坤妃.北京交通大学 2014
[5]高速列车运行横移及侧滚姿态主动控制研究[D]. 李呈祥.北京交通大学 2014
[6]列车临时限速预警及控制系统研究[D]. 方日波.华南理工大学 2013
[7]自适应容错控制在高速列车防滑及横向姿态调节中的应用[D]. 陈鹤楠.北京交通大学 2012
[8]青藏铁路运行安全保障系统大风预测优化算法及推广应用研究[D]. 刘辉.中南大学 2008
本文编号：3466301
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
强侧风造成高速列车脱轨倾覆事故现场
长、气候最恶劣的高原铁路[13,14]。青藏线上的大风日较多，沿线年平均大风日为 ～160 天，最大风速达到 20m/s～28m/s[15]，虽然青藏铁路线目前不属于高速客运专列车的运行也严重受到强风威胁；兰新二线铁路线路经过新疆境内的烟墩风区、百区、三十里风区、达坂城风区和甘肃境内的安西风区等大风区，总长度达 460 公兰新线、南疆线通车以来，大风曾多次造成既有兰新、南疆铁路列车停轮、脱轨、和翻车等铁路交通事故，吹翻列车将近 100 辆，直接经济损失超过 1000 万元[14,1典型的例子为2007年从乌鲁木齐开往阿克苏的 5806次旅客列车在南疆线上距离吐 70 公里处突遇 13 级大风，造成列车 9 至 19 节车辆脱轨，事故造成多人伤亡和重济损失[17]，如图 1.1（d）所示。 2011 年 6 月 30 日通车的我国京沪高速客运专线中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，线路全长 1里，全线纵贯北京、天津、沧州、德州、济南、蚌埠、南京和上海大城市，沿途铁路最大风速极有可能超过 30m/s，而有些地方的极大风速甚至都超过 35m/s[18]。因国青藏铁路线，以及兰新二线和京沪高速客运专线都极有可能造成严重的大风行车事故，从而在强风环境下运行的列车发生脱轨甚至倾覆安全性问题也引起了国内外、专家和铁路部门等广泛的关注与重视。
图 1.3 我国快速铁路网规划图综上所述，强风（特别是强侧风）是自然环境（包括地震、强风、雨雪、泥石流坡等）威胁高速列车运行安全的复杂环境之一，强风环境下高速列车脱轨甚至倾覆要原因有三点，其一，风速超过临界值，而列车运行速度在临界运行范围内；其车运行速度超过临界值，而风速不足以给高速列车安全运行造成威胁；其三，风速车运行速度都超过各自的临界值。由此可见，高速列车经过大风区时，需要采取有被动防风措施和主动控制限速来保证高速列车的安全运行，其中，主动控制限速需全性高、可靠性高、控制精度高、响应速度快的自动智能列车控制系统，如何设计科学合理的智能控制系统和算法以实现对强风环境下运行的高速列车进行有效、实控制，从而进一步提升系统的效率和安全，确保高速列车运行安全成为了亟待解决键问题。我国的高速铁路建设蓬勃发展，“四纵四横”铁路客运专线和三个城际快速客运即将完成，然而，强风（尤其是强侧风）造成高速列车脱轨甚至倾覆事故却时有发此，本文的主要研究内容和工作恰好是在这种机遇与挑战并存的背景下进行的。那强风环境下如何避免或减少列车脱轨甚至倾覆事故的发生，已经成为高速列车运行
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Mallat算法与ARMA模型的露天矿卡车故障率预测[J]. 白润才,柴森霖,刘光伟,李浩然,张靖. 中国安全科学学报. 2018(10)
[2]基于多尺度小波变换和结构化森林的表面裂纹分割[J]. 王森,伍星,张印辉,陈庆. 光学学报. 2018(08)
[3]基于元胞自动机的高速铁路列车群追踪运行仿真模型[J]. 王丹彤,王芙蓉,黄凯. 铁道标准设计. 2018(04)
[4]时间序列法在临近空间大气风场预报中的应用[J]. 刘涛,肖存英,胡雄,涂翠,杨钧烽,徐轻尘. 空间科学学报. 2018(02)
[5]基于提升小波的时间序列分析法的电力负荷预测[J]. 张帆,张峰,张士文. 电气自动化. 2017(03)
[6]馈能式电磁作动器的设计与性能试验[J]. 黄大山,张进秋,刘义乐,刘峻岩. 噪声与振动控制. 2017(01)
[7]我国铁路网将升级为"八纵八横"[J]. 时永庆. 工程建设标准化. 2016(07)
[8]基于多元线性回归的雾霾预测方法研究[J]. 付倩娆. 计算机科学. 2016(S1)
[9]基于改进的QPSO-WNN滚动算法的铁路沿线短期风速预测[J]. 路学海,潘迪夫,韩锟,李继松. 铁道科学与工程学报. 2016(05)
[10]预见控制理论及应用研究进展[J]. 甄子洋. 自动化学报. 2016(02)
博士论文
[1]多列车协同运行的若干控制问题研究[D]. 高士根.北京交通大学 2016
[2]城市轨道交通多列车运行节能优化控制[D]. 唐海川.西南交通大学 2015
[3]列车自适应鲁棒驾驶控制[D]. 罗恒钰.北京交通大学 2015
[4]侧向风作用下风载突变效应对列车运行性能的影响研究[D]. 吴梦雪.西南交通大学 2015
[5]基于可靠性的高速列车风致安全研究[D]. 于梦阁.西南交通大学 2014
[6]列车横向悬挂控制策略研究[D]. 李广军.西南交通大学 2013
[7]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[8]强风场中高速铁路桥梁列车运行安全分析及防风措施研究[D]. 张田.北京交通大学 2013
[9]横风作用下的高速列车气动特性及运行安全性研究[D]. 郗艳红.北京交通大学 2012
[10]瞬态风荷载下的列车运行安全性研究[D]. 苗秀娟.中南大学 2012
硕士论文
[1]基于效能的城轨线路列车群协同运营控制模型研究[D]. 贾宁.北京交通大学 2018
[2]横风作用下高速列车气动特性及其运行安全性能研究[D]. 雷国茂.西南交通大学 2017
[3]智能算法在无人驾驶城轨列车牵引控制中的应用研究[D]. 银铭.兰州交通大学 2017
[4]多列车协同控制节能优化方法的研究[D]. 李坤妃.北京交通大学 2014
[5]高速列车运行横移及侧滚姿态主动控制研究[D]. 李呈祥.北京交通大学 2014
[6]列车临时限速预警及控制系统研究[D]. 方日波.华南理工大学 2013
[7]自适应容错控制在高速列车防滑及横向姿态调节中的应用[D]. 陈鹤楠.北京交通大学 2012
[8]青藏铁路运行安全保障系统大风预测优化算法及推广应用研究[D]. 刘辉.中南大学 2008
本文编号：3466301
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