CN106777767B - 一种重载列车临界缓解速度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通技术领域，公开了一种重载列车临界缓解速度的计算方法，所述方法包括：从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度；基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述N个缓解速度，计算N个缓解时间；根据N个缓解速度和N个缓解时间，确定缓解速度与缓解时间的参考曲线；获取列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间作为临界缓解时间；在参考曲线中，确定临界缓解速度。在以临界缓解速度实施缓解时，既保证了列车管再充气时间，避免下一次循环制动时空气制动力不足，以此确保列车安全，又提高了对下坡道势能的利用率和提高运营效率。本发明实施例适用于列车调速制动的过程中。

Description

一种重载列车临界缓解速度的计算方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地，涉及一种重载列车临界缓解速度的计算方法。

背景技术

重载列车在长大下坡道调速制动时，设置合理的缓解速度可有效提高列车的平均运行速度，特别是在列车离开坡道终点前，提高列车缓解速度，能保证列车以接近限速的速度离开坡道，从而提高对下坡道势能的利用率、减少动能损失，可达到节能减排效果，亦能节省列车在下坡道上的运行时间，提高运营效率。如果缓解速度设置的不合理，若过高，会造成列车管再充气时间不足，导致下一次循环制动时空气制动力不足，对列车安全运行带来隐患，若过低，下坡道势能没有得到合理利用，动能损失。

发明内容

本发明的实施例提供一种重载列车临界缓解速度的计算方法，通过重载列车在长大下坡道调速制动时设置合理的临界缓解速度，即以该速度实施缓解时，缓解时间等于列车管再充气时间，既保证了列车管再充气时间，避免下一次循环制动时空气制动力不足，以此确保列车安全，又提高了对下坡道势能的利用率和提高运营效率。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明提供一种重载列车临界缓解速度的计算方法，所述方法包括：

从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度，其中所述N个缓解速度中包括所述最低缓解速度与所述下坡道限速；

基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述N个缓解速度，计算所述N个缓解速度对应的N个缓解时间；

根据所述N个缓解速度和所述N个缓解时间，确定缓解速度与缓解时间的参考曲线；

获取列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间作为临界缓解时间；

在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度。

进一步地，所述从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度包括：

从所述最低缓解速度到所述下坡道限速，间隔预设区间选取N个缓解速度。

进一步地，所述N个缓解时间中的每一个缓解时间，为列车从对应于所述缓解时间的缓解速度开始缓解，至速度达到所述下坡道限速所需的时间。

进一步地，所述列车纵向动力学模型包括单质点列车纵向动力学模型和多质点列车纵向动力学模型。

进一步地，所述在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度包括：

在所述参考曲线上，将所述临界缓解时间插值，得到对应的缓解速度为临界缓解速度。

进一步地，所述方法还包括：

基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述临界缓解速度，计算所述临界缓解速度对应的临界缓解时间；

根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度。

进一步地，所述根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度包括：

根据A₁＝Min{T_t/T,T/T_t}确定计算结果精度，其中A₁为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。

进一步地，所述根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度包括：

根据确定计算结果精度，其中A₂为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。

通过上述技术方案，从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度，并基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述N个缓解速度，计算所述N个缓解速度对应的N个缓解时间，然后根据所述N个缓解速度和所述N个缓解时间，确定缓解速度与缓解时间的参考曲线，并获取列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间作为临界缓解时间，最终在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度，在以临界缓解速度实施缓解时，缓解时间等于列车管再充气时间，既保证了列车管再充气时间，避免下一次循环制动时空气制动力不足，以此确保列车安全，又提高了对下坡道势能的利用率和提高运营效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种重载列车临界缓解速度的计算方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的缓解速度与缓解时间的参考曲线；

图3是本发明实施例提供的临界缓解速度在所述缓解速度与缓解时间的参考曲线中的插值图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明实施例提供一种重载列车临界缓解速度的计算方法，该方法基于列车纵向动力学模型，以调速制动时缓解时间和列车管再充气时间之间的相互关系为依据，得到列车临界缓解速度，如图1所示，包括如下步骤：

101、从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度，其中所述N个缓解速度中包括所述最低缓解速度与所述下坡道限速。

其中，所述最低缓解速度在最新版《铁路机车操作规程》中做了规定，设置为30Km/h，所述下坡道限速根据不同的坡道有不同的设置。

另外，从所述最低缓解速度到所述下坡道限速V_limit，间隔预设区间选取N个缓解速度，即取得N个缓解速度：V₁、V₂、……V_N，其中V₁为所述最低缓解速度30Km/h，V_N为所述下坡道限速V_limit。所述预设区间可以是间隔相同的区间，也可以是间隔不同的区间，根据具体坡道、车型或者需求进行设置，这里不做限定。

上述考虑了不同缓解速度对计算的影响，能够使得计算结果更加合理。

102、基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述N个缓解速度，计算所述N个缓解速度对应的N个缓解时间。

其中，所述列车纵向动力学模型包括单质点列车纵向动力学模型和多质点列车纵向动力学模型，可根据需求来决定计算模型。

其中，单质点模型为考虑列车牵引、制动及钩缓等特性，将编组列车视为一个质点，即模型自由度为1；多质点模型为考虑列车牵引、制动及钩缓等特性，将编组列车的每节机车车辆均视为一个质点，即模型自由度为机车数+车辆数。

其中，所述列车车辆参数包括机车车辆型号及编组数量、质量、车钩缓冲装置的参数等等列车本身的参数，坡度值为所在坡道的坡度，所述N个缓解时间中的每一个缓解时间，为列车从对应于所述缓解时间的缓解速度开始缓解，至速度达到所述下坡道限速所需的时间，例如速度V₁即所述最低缓解速度30Km/h，从30Km/h开始缓解，至速度达到所述下坡道限速，即到V_limit时，所需的时间即为速度V₁对应的缓解时间T₁，则N个缓解速度对应N个缓解时间T₁、T₂、……T_N。

103、根据所述N个缓解速度和所述N个缓解时间，确定缓解速度与缓解时间的参考曲线。

在缓解时间-缓解速度坐标系中，将点(V₁,T₁)、(V₂,T₂)、……(V_N,T_N)拟合为一条缓解速度与缓解时间的参考曲线。所述缓解速度与缓解时间的参考曲线由不同缓解速度和计算出的对应缓解时间拟合而成，所模拟出的缓解时间和缓解速度之间的关系更符合工程实际情况。

104、获取列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间作为临界缓解时间。

根据所述列车编组和所述列车管减压量与所述列车管再充气时间的关系图，获得所述列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间。通过表1所示的缓解速度的分类，当以所述列车管再充气时间作为临界缓解时间时，得到临界缓解速度，以该速度实施缓解，缓解时间等于列车管再充气时间，既保证了列车管再充气时间，避免下一次循环制动时空气制动力不足，以此确保列车安全，列车不超出所述下坡道限速。

表1

105、在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度。

其中，在所述参考曲线上，将所述临界缓解时间插值，得到对应的缓解速度为临界缓解速度。

通过上述方法得到的临界缓解速度，提高列车对下坡道势能的利用率，最大程度减少动能损失，提高运营效率。

另外，值得注意的是，列车空气制动力上升需要一定时间，在实际操作中，建议司机在列车速度降低到临界缓解速度之后的适当时间实施缓解，并在列车速度达到坡道限速前实施下一次调速制动，以避免列车超速。

另外，对于得到的临界缓解速度可以采用下述方式进行精度校验，先基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述临界缓解速度，计算所述临界缓解速度对应的临界缓解时间，然后根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度。

可通过下述两种方式计算结果精度：

方式一：根据A₁＝Min{T_t/T,T/T_t}确定计算结果精度，其中A₁为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。

方式二：根据确定计算结果精度，其中A₂为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。

上述两种方式仅为示例，可以利用其他方式对本发明实施例得到的临界缓解速度进行精度校验。

为了便于理解本发明，现以列车编组为SS4B型电力机车双机重联牵引108辆KM70货车，下坡道的坡度值为-9‰，下坡道限速为60Km/h，缓解时列车管减压量为50Kpa，下坡道限速V_limit＝60Km/h为例进行说明：

从所述最低缓解速度30Km/h到所述下坡道限速V_limit＝60Km/h，每隔5Km/h取一值，即取得7个缓解速度：V₁＝30Km/h、V₂＝35Km/h、V₃＝40Km/h、V₄＝45Km/h、V₅＝50Km/h、V₆＝55Km/h、V₇＝60Km/h。

基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述7个缓解速度，计算列车在下坡道调速制动时，分别从V₁＝30Km/h、V₂＝35Km/h、V₃＝40Km/h、V₄＝45Km/h、V₅＝50Km/h、V₆＝55Km/h、V₇＝60Km/h开始缓解，至速度达到所述下坡道限速所需缓解时间，如表2所示：

表2

缓解速度/Km/h	30	35	40	45	50	55	60
								缓解时间/S	199.8	183.4	164.6	141.9	114.9	86.7	0

在缓解时间—缓解速度坐标系中，将表2中所得到的点A(30，199.8)、B(35，183.4)、C(40，164.6)、D(45，141.9)、E(50，14.9)、F(55，86.7)、G(60，0)拟合出一条缓解速度与缓解时间的参考曲线，如图2所示。

根据实际工况中列车编组和列车管减压量条件，可确定列车管再充风时间T＝128s，将所述列车管再充风时间作为临界缓解时间，在图2中的参考曲线中，将所述临界缓解时间插值T，得到如图3中所示的点H(47.9，128)，即得到对应的临界缓解速度为47.9Km/h。

对于上述得到的临界缓解速度可以采用下述方式进行精度校验，先基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述临界缓解速度，计算得到所述临界缓解速度47.9Km/h对应的临界缓解时间126s，然后根据所述临界缓解时间T_t＝126s和所述列车管再充气时间T＝128s，确定计算结果精度。

通过A₁＝Min{T_t/T,T/T_t}计算得到，计算结果精度为98.4％，通过计算得到，计算结果精度为0.984，由此可知利用本发明实施例得到的临界缓解速度具有较高精度。

另外，值得注意的是，列车空气制动力上升需要一定时间。在实际操作中，建议列车司机在列车速度降低到最高缓解速度47.9km/h之后的适当时间实施缓解，并在列车速度达到坡道限速前实施下一次调速制动，以避免列车超速。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种重载列车临界缓解速度的计算方法，其特征在于，所述方法包括：

从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度，其中所述N个缓解速度中包括所述最低缓解速度与所述下坡道限速；

基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述N个缓解速度，计算所述N个缓解速度对应的N个缓解时间；

根据所述N个缓解速度和所述N个缓解时间，确定缓解速度与缓解时间的参考曲线；

获取列车编组和所述列车管减压量对应的列车管再充气时间作为临界缓解时间；

在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述从重载列车的最低缓解速度到下坡道限速，选取N个缓解速度包括：

从所述最低缓解速度到所述下坡道限速，间隔预设区间选取N个缓解速度。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述N个缓解时间中的每一个缓解时间，为列车从对应于所述缓解时间的缓解速度开始缓解，至速度达到所述下坡道限速所需的时间。

4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述列车纵向动力学模型包括单质点列车纵向动力学模型和多质点列车纵向动力学模型。

5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述在所述参考曲线中，确定所述临界缓解时间对应的缓解速度为临界缓解速度包括：

在所述参考曲线上，将所述临界缓解时间插值，得到对应的缓解速度为临界缓解速度。

6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于列车纵向动力学模型，根据列车车辆参数、坡度值、列车管减压量和所述临界缓解速度，计算所述临界缓解速度对应的临界缓解时间；

根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度。

7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度包括：

根据A₁＝Min{T_t/T,T/T_t}确定计算结果精度，其中A₁为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。

8.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述临界缓解时间和所述列车管再充气时间，确定计算结果精度包括：

根据确定计算结果精度，其中A₂为所述计算结果精度，T_t为所述临界缓解时间，T为所述列车管再充气时间。