CN102328651B - 一种列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法，可有效解决铁路列车运行或者制动机试验过程中首先发生意外紧急制动作用车辆的快速、智能、精确定位的问题，方法是，首先安装设备，再通过以下定位公式实现：

其中，N为突然大量排气的B点距第1辆端部之间制动管长度；M为全列车制动管长度；L_f为风带软管长度，固定安装在执行器上，V为紧急制动波速，t₁为执行器记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；t₂为电子风表记录的紧急制动作用引起的拐点时刻，t₀为B点突然大量排气的时刻，本发明能有效实现快速、精确定位发生紧急制动作用的车辆，大大提高了劳动效率，缩短了列车意外紧急制动引起的停车时间，保证列车正点行车。

Description

一种列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法

技术领域

本发明涉及铁路交通，特别是一种列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法。

背景技术

目前，世界各国在铁道车辆上普遍采用空气制动。当制动管减压速度为70～80kPa/s时，该车辆空气制动机首先发生紧急制动作用，进而引起全列车辆发生紧急制动作用。

列车在铁路正线上高速运行时，制动阀(客车主要是104型空气分配阀，货车主要是120型空气控制阀)失灵、制动管折断等原因都会引起全列车辆产生紧急制动作用。铁路正线列车开行密度很大，一旦某次列车发生意外紧急制动作用，极有可能引发全线列车临时停车，这就要求机车司机必须快速查找、处理首先发生紧急制动的车辆。然而，多数情况只能依靠司机徒步往返、耳听目测，反复分段测试，多次缓解、制动，才能找到故障车辆。每次人工定位故障车辆的时间都超过一小时，造成全线车辆大面积晚点。

2005年开始，大秦线、神朔线、山西中南部通道陆续大量开行万吨列车(编组102辆)，查找首先发生紧急制动作用的车辆，更加困难。

列检作业的制动机试验过程中，每个作业场一年总有几次列车发生意外紧急制动情况，依靠检车员人工定位首先发生意外紧急制动车辆，费时费力，常常耽误列车正点发车。

定位意外紧急制动车辆一直困扰着铁路运输，开发新型、智能、快速、精确定位首先发生紧急制动作用车辆已迫在眉睫，是必需解决的技术问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法，可有效解决铁路列车运行或者制动机试验过程中首先发生意外紧急制动作用车辆的快速、智能、精确定位的问题。

本发明解决的技术方案是，首先安装设备，方法是：

1、安装设备：首部车辆制动管通过风带软管与试风柜的执行器连接，尾部车辆接制动管安装电子风表，计算机安装在值班室里，试风柜与矮柱尾压中转站设置在动力电缆与通信电缆线路间，试风柜在发车端，矮柱尾压中转站在尾部脱轨器近处，执行器与计算机通过第一串行口1、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，电子风表与矮柱尾压中转站无线通信，矮柱尾压中转站与值班室计算机通过第二串行口2、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，试风柜接电缆盒，并经执行器与风源储气罐相连通，执行器与电子风表时间统一到5ms，二者通过各自的压力传感器、A/D转换分别实时高速记录车辆首、尾部制动管压力；

2、定位测量：方法是，设备安装完毕后，再通过以下定位公式实现：

$N=\frac{M-L_f-(t_2-t_1)V}{2}$

其中，N为突然大量排气的B点距第1辆端部之间制动管长度；M为全列车制动管长度；L_f为风带软管长度，固定安装在执行器上，长度是一定的，通过对风管的直接测量获得，长度≤20m；V为紧急制动波速，为270-280m/s，分为B点传递至执行器(首部车辆)的速度V₁，计算公式是

从B点传递至电子风表(尾部车辆)的速度V₂，计算公式是

t₁为执行器记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；t₂为电子风表记录的紧急制动作用引起的拐点时刻。t₀为B点突然大量排气的时刻。可能是减压时安定性不良的车辆发生意外紧急制动作用，也可能是制动管折断。

通过上述计算，获得每辆车的换长(换长×11m+1m)，就是该车辆制动管长度，可以得到M，t₁与t₂通过计算机模糊识别执行器、电子风表压力拐点获得，从而得到N，计算机自动得出首先发生紧急制动作用车辆顺位(位置)，快速而准确，及时排除故障，保证交通安全和畅通。

本发明能有效实现快速、精确定位发生紧急制动作用的车辆，大大提高了劳动效率，缩短了列车意外紧急制动引起的停车时间，保证列车正点行车，是铁路运输与制动机试验上的一大发明创造。

附图说明

图1为本发明的设备装配流程图。

图2为本发明的紧急制动时执行器与电子风表采集到的压力变化曲线图。

具体实施方式

以下结合设备装配流程图对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明在具体实施中，是由以下方式实现的：1、安装设备：首部车辆制动管通过风带软管(1)与试风柜(6)的执行器(2)连接，尾部车辆接制动管安装电子风表(3)，计算机(5)安装在值班室里，试风柜(6)与矮柱尾压中转站(4)设置在动力电缆与通信电缆线路间，试风柜(6)在发车端，矮柱尾压中转站(4)在尾部脱轨器近处，执行器(2)与计算机(5)通过第一串行口1、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，电子风表(3)与矮柱尾压中转站(4)无线通信，矮柱尾压中转站(4)与值班室计算机(5)通过第二串行口2、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，试风柜(6)接电缆盒，并经执行器与风源储气罐相连通，执行器(2)与电子风表(3)时间统一到5ms，二者通过各自的压力传感器、A/D转换分别实时高速记录车辆首、尾部制动管压力；

所述的执行器，为整个试验提供风源，并执行整个试验，包括通信部分、执行部分和检测部分，对外通过风带软管连接首部车辆制动管，通过总风源管道连接储气罐。执行器和值班室计算机实时通信，接收计算机控制命令，上传(采样间隔10ms)首部车辆制动管压力；

所述的电子风表，通过矮柱尾压中转站无线中转，实现与计算机通信，电子风表接收计算机控制命令，每间隔10ms上传一次尾部车辆制动管压力；

所述的矮柱尾压中转站用于实现值班室计算机与电子风表之间的无线数据中转，提高通信的稳定性；

所述的值班室计算机用于完成试验数据的分析和显示，控制整个试验过程，快速精确给出首先发生紧急制动作用车辆顺位；

2、定位测量：方法是，如图1所示，设备安装完毕后，当列车中的紧急制动车辆B点突然大量排气的时刻记为t₀，紧急制动将以相对恒定的波速V顺着制动管向列车首部、尾部同时传递，从而引起全列车辆发生紧急制动作用，在首部车辆、尾部车辆的列车制动主管上分别安装一台执行器和电子风表，时间统一到5ms，列车发生紧急制动作用时，微机控制列车制动机试验系统的执行器、电子风表快速采集的压力都将出现拐点，计算机自动分析查找出压力拐点，这两个时刻分别记为t₁、t₂；

从紧急制动车辆B点传递至执行器(首部车辆)的速度V₁为公式1，从紧急制动车辆B点传递至电子风表(尾部车辆)的速度V₂为公式2：

$V_1=\frac{N+L_f}{t_1-t_0}---\left(1\right)$

$V_2=\frac{M-N}{t_2-t_0}---\left(2\right)$

其中，

L_f：风带软管长度；

M：全列车制动管长度；

N：突然大量排气的B点距第1辆端部之间制动管长度；

V：紧急制动波速，120阀的紧急制动波速为270～280m/s(测试条件是120辆C63A)，104阀的紧急制动波速为196～207m/s。每个执行器或机车制动阀的排气速度不同，引起紧急制动波速存在一定变化范围；

t₁：执行器记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；

t₂：电子风表记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；

t₀：B点突然大量排气的时刻，可能是减压时安定性不良的车辆发生意外紧急制动作用，也可能是制动管折断，因为B点是一恒定的速度V，同时向执行器(首部车辆)和电子风表(尾部车辆)传递，因此，V₁＝V₂＝V，合并公式1、公式2，消掉t₀，则为公式3：

$N=\frac{M-L_f-(t_2-t_1)V}{2}---\left(3\right)$

公式3中，V、L_f都是已知量，计算机与车号设备、HMIS、KMIS联网，获得每辆车的换长，可以得到M，t₁与t₂通过计算机模糊识别执行器、电子风表压力拐点获得，从而，获得N，进而计算机自动得出首先发生紧急制动作用车辆顺位(位置)。

本发明经多次反复试验，均取得了满意的效果，有关的试验测试资料如下：

首先按图1所示装好设备，现场测试了客车列车紧急制动波到达时间差。测试条件：编组辆数J＝17，车型25G，104型空气制动机，第1～16辆换长2.4(查表得，制动管长度27.9m)，第17辆(发电车)换长2.1(查表得，制动管长度24.4m)，风带软管长度L_f＝20m。TKS型微机控制客车列车制动机试验系统，执行器与电子风表时间统一精度5ms、采样间隔10ms。如附图，在第5辆制动管与第6辆制动管之间(即B点)加装三通阀，使用球阀(通径25mm)直接给制动管放风，从而引起全列车辆紧急制动。3次测试的到达时间差，代入公式3，得出定位距离与定位误差，如表1。图2是紧急制动时执行器与电子风表采集到的压力变化曲线，计算机自动识别两个拐点，并自动给出到达时间差。

表1中，最大距离误差7.3m。三次测试均为负偏差，大量数据积累后，有可能误差得以修正。最短的客车单车(如25G发电车，换长2.1)制动管长度的一半约为12m，因此客车顺位定位没有误差。最短的货车单车(如C80，换长1.1)制动管长度的一半约为6.5m，因此货车顺位定位误差不大于1辆。

表1  实测的到达时间差定位误差

顺序	t2-t1(s)	N(m)	误差(m)
				1	0.93	132.2	-7.3
2、3	0.85	140.2	0.7

注：(1)M＝16*27.9m+24.4m＝470.8m，V＝200m/s。(2)测试点真值：N＝5辆*27.9m/辆＝139.5m。

从上述结果可以清楚的看出，理论值与实测结果吻合，故障车辆定位精准，可见公式3的定位原理与附图的实现方法，切实可行。

本发明创造性的将到达时间差定位原理、时间统一技术、数据压缩技术创造性的应用到列车首先发生紧急制动作用的车辆定位，实现智能、快速、精确定位首先发生紧急制动作用的车辆，大大提高了劳动效率，缩短了列车意外紧急制动引起的停车时间，保证列车正点行车，是铁路运输与制动机试验上的一大发明创造，具有显著的社会效益、经济效益。

Claims (2)

1.一种列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法，其特征在于，由以下步骤实现：

（1）、安装设备：方法是，首部车辆制动管通过风带软管与试风柜的执行器连接，尾部车辆接制动管安装电子风表，计算机安装在值班室里，试风柜与矮柱尾压中转站设置在动力电缆与通信电缆线路间，试风柜在发车端，矮柱尾压中转站在尾部脱轨器近处，执行器与计算机通过第一串行口1、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，电子风表与矮柱尾压中转站无线通信，矮柱尾压中转站与值班室计算机通过第二串行口2、CAN转换器、通信电缆实现有线通信，试风柜接电缆盒，并经执行器与风源储气罐相连通，执行器与电子风表时间统一到5ms，二者通过各自的压力传感器、A/D转换分别实时高速记录车辆首、尾部制动管压力；

（2）、定位测量：方法是，设备安装完毕后，再通过以下定位公式实现：

$N=\frac{M-L_f-(t_2-t_1)V}{2}$

其中，N为突然大量排气的紧急制动车辆B点距第1辆端部之间制动管长度；M为全列车制动管长度；L_f为风带软管长度，固定安装在执行器上，长度是一定的，通过对风管的直接测量获得，长度≤20m；V为紧急制动波速，为270-280m/s，分为紧急制动车辆B点传递至执行器的速度V₁，计算公式1是

和从紧急制动车辆B点传递至电子风表的速度V₂，计算公式2是

t₁为执行器记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；t₂为电子风表记录的紧急制动作用引起的拐点时刻，t₀为紧急制动车辆B点突然大量排气的时刻；

通过上述计算，获得每辆车的换长，换长×11m+1m，就是该车辆制动管长度，可以得到M，t₁与t₂通过计算机模糊识别执行器、电子风表压力拐点获得，从而得到N，计算机自动得出首先发生紧急制动作用车辆顺位。

2.根据权利要求1所述的列车中首先发生紧急制动作用的车辆快速定位方法，其特征在于，所述的执行器，为整个试验提供风源，并执行整个试验，包括通信部分、执行部分和检测部分，对外通过风带软管连接首部车辆制动管，通过总风源管道连接储气罐，执行器和值班室计算机实时通信，接收计算机控制命令，每间隔10ms上传一次首部车辆制动管压力；

所述的电子风表，通过矮柱尾压中转站无线中转，实现与计算机通信，电子风表接收计算机控制命令，每间隔10ms上传一次尾部车辆制动管压力；

所述的矮柱尾压中转站用于实现值班室计算机与电子风表之间的无线数据中转，提高通信的稳定性；

所述的值班室计算机用于完成试验数据的分析和显示，控制整个试验过程，快速精确给出首先发生紧急制动作用车辆顺位；

紧急制动将以相对恒定的波速V顺着制动管向列车首部、尾部同时传递，从而引起全列车辆发生紧急制动作用，在首部车辆、尾部车辆的列车制动主管上分别安装一台执行器和电子风表，时间统一到5ms，列车发生紧急制动作用时，微机控制列车制动机试验系统的执行器、电子风表快速采集的压力都将出现拐点，计算机自动分析查找出压力拐点，这两个时刻分别记为t₁、t₂；

V：紧急制动波速，120阀的紧急制动波速为270～280m/s，测试条件是120辆C63A，104阀的紧急制动波速为196～207m/s，每个执行器或机车制动阀的排气速度不同，引起紧急制动波速存在一定变化范围；

t₁：执行器记录的紧急制动作用引起的拐点时刻；

可能是减压时安定性不良的车辆发生意外紧急制动作用，也可能是制动管折断，因为紧急制动车辆B点是一恒定的速度V，同时向执行器和电子风表传递，因此，V₁＝V₂＝V，合并公式1、公式2，消掉t₀，则为公式3：

$N=\frac{M-L_f-(t_2-t_1)V}{2}$ （式3）

公式3中，V、L_f都是已知量，计算机与车号设备、HMIS、KMIS联网，获得每辆车的换长，得到M，进而计算机自动得出首先发生紧急制动作用车辆顺位。

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