CN107290163B - 确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁路安全技术领域，公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法及系统，以合理确定防溜设施以保证铁路安全。本发明方法包括：通过不同环境下的现场实验，测试得到各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力；针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力；建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量；其中，临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+防溜设施集合所产生的阻力＝车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力。

Description

确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法及系统
技术领域
本发明涉及铁路安全技术领域，尤其涉及一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法及系统。
背景技术
我国新疆铁路大风具有风速高、风期长、季节性强、风向相对稳定等特点。实测最大风速超过64m/s，主要风区年大风天数在120天以上，每年冬春交替季节大风最为集中，风力也最强，因大风导致的站停车辆溜逸是新疆铁路风灾的主要形式之一，天山和阿拉山口站都曾发生过车辆溜逸事故，给铁路运输带来了重大损失。对于长时间停留在车站的机车车辆，由于列车自动制动机空气漏泄，失去制动作用，通常采取拧紧手制动机、安放铁鞋等措施来防止列车溜逸，而究竟拧紧多少数量手制动机、安放多少数量铁鞋能够有效防溜，在《铁路技术管理规程》中有简单的规定，但其规定仅适用于无风的环境，对于新疆常年遭受大风的铁路而言，乌鲁木齐铁路局仅根据经验做出了一些铁鞋、手制动机数量的规定，但缺乏相关的理论基础，是否能保证现场安全，或由于放置数量过多而给现场作业成员带来了极大的困难，均缺乏足够的理论依据。
发明内容
本发明目的在于公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法及系统，以合理确定防溜设施以保证铁路安全。
为实现上述目的，本发明公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，包括：
通过不同环境下的现场实验，测试得到各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力；
针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力；
建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下所述车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量；
其中，所述临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+所述防溜设施集合所产生的阻力＝所述车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力；
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，所述单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值。
与上述方法相对应的，本发明还公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施数量的系统，包括：
防溜设施参数设置单元，用于设置通过不同环境下的现场实验，测试得到的各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力；
车辆纵向气动力设置单元，用于针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力；
求解单元，用于建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下所述车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量；
其中，所述临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+所述防溜设施集合所产生的阻力＝所述车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力；
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，所述单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用理论分析、数值计算和现场试验相结合的方法，考虑了不同编组数量、环境风速、坡道等不同复杂条件，求解得出的防溜设施的配置类型及数量科学合理，克服了现有管理办法中没有考虑环境风等复杂条件且缺少理论依据的不足。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法流程图；
图2为本发明实施例公开的大风环境下站停车辆受力模型简图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，如图1所示，包括：
步骤S1、通过不同环境下的现场实验，测试得到各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力。
本实施例中，本案申请人通过现场试验，测试干燥平地、坡道以及下雨环境下，不同位置放置不同数量铁鞋的防溜阻力，统计分析得到单只铁鞋的防溜力：
FZT＝0.41N，其中，FZT为铁鞋摩擦阻力；N为铁鞋受到的垂向压力。
测试不同数量组合、不同线路环境下的手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力，得到手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力为：
FZS＝23.38nS；FZR＝17.47nR；
其中，FZS为手轮机拧紧人力制动机的防溜阻力；nS为手轮机拧紧人力制动机的数量；FZR为人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力；nR为人力紧固器拧紧人力制动机的数量。
步骤S2、针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力。
该步骤中，所确定的车辆纵向气动力与环境风速及车辆编组数相关，各类型车型所对应的车辆纵向气动力计算关系式为：
单层客车：FDW＝0.00563W2+0.00406W2n。
单层集装箱车：FDW＝0.00248W2+0.00363W2n。
平车：FDW＝0.00298W2+0.00217W2n。
棚车：FDW＝0.00259W2+0.00316W2n。
罐车：FDW＝0.00323W2+0.00386W2n。
空敞车：FDW＝0.00626W2+0.00409W2n。
重敞车：FDW＝0.00423W2+0.00330W2n。
上述各式中，W为环境风速，n为车辆编组数。
步骤S3、建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下所述车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量。
该步骤中，临界溜逸状态下，车辆阳力＝车辆的起动阻力+所述防溜设施集合所产生的阳力＝所述车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力＝溜逸动力。
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，其中，本实施例的单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值；即通过现场试验，测试干燥平地、坡道以及下雨环境下，不同编组车列缓解状态下的起动阻力，统计分析得到平均单位起动阻力FDQ为：FDQ＝4.05N/kN。
本实施例中，站停车辆在大风作用下的沿车长方向的受力模型如图2所示。图中，FZ表示车辆阻力，包括起动阻力、由铁鞋、手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机等防溜设施集合所产生的阻力；FDW表示大风对车辆产生的纵向气动力，FDP表示坡道引起的车重在纵向的分力，称之为坡道附加力，当风向的纵向分量与下坡方向一致时，FDP为正，否则为负。车辆在大风作用下如不发生溜逸，必须保证FZ＞FDW+FDP，公式两边相等时车辆达到临界溜逸状态。
优选地，本实施例在求解防溜设施的配置类型及数量的过程中，当各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量时，根据随车携带的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本给出最佳的配置方案；或者当驻停站点统一调度防溜设施的配置类型及数量时，根据站点库存的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本并结合一个配置周期内后续车辆的灵活配置空间给出最佳的配置方案。通常，一个配置周期关联有时间跨度长的多个列车，甚至在一个配置周期中，部分折返时间短的车次在同一站点所出现的次数为至少两次；该配置周期与现有的铁路网中列车调度的时间进行统一调度且非特殊情况下大多是固定的相关联。或者，本实施例的配置周期也可以人为定义5天或10天，然后结合该周期内所有的列车驻停情况进行全局最优的配置。但各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量这种方式适合在两个站点沿线之间的驻停。
本实施例中，为简化系统的设计，当待配置的车辆为几种不同车型编组在一起的混编车辆时，选用危险等级最高的混编车型进行分析求解。进一步地，本实施例在确定车型时，基于载重对客车重量影响较小，因此不区分空载与重载；货物列车中，重载货物列车按最危险的重罐车考虑，空载货物列车按最危险的空敞车考虑。
综上，本实施例公开的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，采用理论分析、数值计算和现场试验相结合的方法，考虑了不同编组数量、环境风速、坡道等不同复杂条件，求解得出的防溜设施的配置类型及数量科学合理，克服了现有管理办法中没有考虑环境风等复杂条件且缺少理论依据的不足。
实施例2
与上述方法实施例相对应的，本实施例公开一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施数量的系统，包括下述防溜设施参数设置单元、车辆纵向气动力设置单元和求解单元。
防溜设施参数设置单元，用于设置通过不同环境下的现场实验，测试得到的各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力。
车辆纵向气动力设置单元，用于针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力。
求解单元，用于建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量。进一步地，该求解单元还用于：当各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量时，根据随车携带的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本给出最佳的配置方案；或者当驻停站点统一调度防溜设施的配置类型及数量时，根据站点库存的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本并结合一个配置周期内后续车辆的灵活配置空间给出最佳的配置方案；优选地，本实施例系统可在前述各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量模式和站点统一调度模式之间进行任意切换，以满足不同用户不同环境的便捷使用。
其中，临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+防溜设施集合所产生的阻力＝车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力。
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值。
优选地，本系统平均单位起动阻力不区分车型且取值4.05N/kN，所确定的车辆纵向气动力与环境风速及车辆编组数相关，各类型车型所对应的车辆纵向气动力计算关系式为：
单层客车：FDW＝0.00563W2+0.00406W2n；
单层集装箱车：FDW＝0.00248W2+0.00363W2n；
平车：FDW＝0.00298W2+0.00217W2n；
棚车：FDW＝0.00259W2+0.00316W2n；
罐车：FDW＝0.00323W2+0.00386W2n；
空敞车：FDW＝0.00626W2+0.00409W2n；
重敞车：FDW＝0.00423W2+0.00330W2n；
其中，上述公式中的W为环境风速，n为车辆编组数。
为简化系统的数据处理并确保处理结果的安全性，当待配置的车辆为几种不同车型编组在一起的混编车辆时，选用危险等级最高的混编车型进行分析求解。
可选地，本系统在确定车型时，基于载重对客车重量影响较小，因此不区分空载与重载；货物列车中，重载货物列车按最危险的重罐车考虑，空载货物列车按最危险的空敞车考虑。
同理，本实施例公开的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的系统，采用理论分析、数值计算和现场试验相结合的方法，考虑了不同编组数量、环境风速、坡道等不同复杂条件，求解得出的防溜设施的配置类型及数量科学合理，克服了现有管理办法中没有考虑环境风等复杂条件且缺少理论依据的不足。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，其特征在于，包括：
通过不同环境下的现场实验，测试得到各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力；所述不同环境包括干燥平地、坡道以及下雨环境下，不同位置放置不同数量铁鞋的防溜阻力，统计分析得到单只铁鞋的防溜力：
FZT＝0.41N，其中，FZT为铁鞋摩擦阻力；N为铁鞋受到的垂向压力；
测试不同数量组合、不同线路环境下的手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力，得到手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力为：
FZS＝23.38nS；FZR＝17.47nR；
其中，FZS为手轮机拧紧人力制动机的防溜阻力；nS为手轮机拧紧人力制动机的数量；FZR为人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力；nR为人力紧固器拧紧人力制动机的数量；
针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力；在确定车型时，基于载重对客车重量影响较小，因此不区分空载与重载；货物列车中，重载货物列车按最危险的重罐车考虑，空载货物列车按最危险的空敞车考虑；
建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下所述车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量；在求解防溜设施的配置类型及数量的过程中，还包括：
当各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量时，根据随车携带的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本给出最佳的配置方案；各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量这种方式适合在两个站点沿线之间的驻停；
当驻停站点统一调度防溜设施的配置类型及数量时，根据站点库存的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本并结合一个配置周期内后续车辆的灵活配置空间给出最佳的配置方案，以5天或10天为一个配置周期，然后结合该配置周期内所有的列车驻停情况进行全局最优的配置；
其中，所述临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+防溜设施集合所产生的阻力＝所述车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力；
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，所述单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值。
2.根据权利要求1所述的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，其特征在于，单位起动阻力平均值不区分车型且取值4.05N/kN，所确定的车辆纵向气动力与环境风速及车辆编组数相关，各类型车型所对应的车辆纵向气动力计算关系式为：
单层客车：FDW＝0.00563W2+0.00406W2n；
单层集装箱车：FDW＝0.00248W2+0.00363W2n；
平车：FDW＝0.00298W2+0.00217W2n；
棚车：FDW＝0.00259W2+0.00316W2n；
罐车：FDW＝0.00323W2+0.00386W2n；
空敞车：FDW＝0.00626W2+0.00409W2n；
重敞车：FDW＝0.00423W2+0.00330W2n；
其中，W为环境风速，n为车辆编组数。
3.根据权利要求1所述的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施的方法，其特征在于，当待配置的车辆为几种不同车型编组在一起的混编车辆时，选用危险等级最高的混编车型进行分析求解。
4.一种确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施数量的系统，其特征在于，包括：
防溜设施参数设置单元，用于设置通过不同环境下的现场实验，测试得到的各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力；所述不同环境包括干燥平地、坡道以及下雨环境下，不同位置放置不同数量铁鞋的防溜阻力，统计分析得到单只铁鞋的防溜力：
FZT＝0.41N，其中，FZT为铁鞋摩擦阻力；N为铁鞋受到的垂向压力；
测试不同数量组合、不同线路环境下的手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力，得到手轮机或人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力为：
FZS＝23.38nS；FZR＝17.47nR；
其中，FZS为手轮机拧紧人力制动机的防溜阻力；nS为手轮机拧紧人力制动机的数量；FZR为人力紧固器拧紧人力制动机的防溜阻力；nR为人力紧固器拧紧人力制动机的数量；
车辆纵向气动力设置单元，用于针对各类型车型建立流体计算模型，确定各类型车型所各自对应的在不同风速条件下的车辆纵向气动力；在确定车型时，基于载重对客车重量影响较小，因此不区分空载与重载；货物列车中，重载货物列车按最危险的重罐车考虑，空载货物列车按最危险的空敞车考虑；
求解单元，用于建立站停车辆在对应坡道下沿车长方向的受力模型，根据大风作用下所述车辆纵向气动力及各类型防溜设施所各自对应的平均防溜力，求解车辆阻力大于临界溜逸状态下溜逸动力的防溜设施的配置类型及数量；所述求解单元还用于：在求解防溜设施的配置类型及数量的过程中，当各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量时，根据随车携带的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本给出最佳的配置方案；
当驻停站点统一调度防溜设施的配置类型及数量时，根据站点库存的防溜设施的类型和数量进行组合，当存在满足解的多种组合时，基于当前车辆的人力和时间成本并结合一个配置周期内后续车辆的灵活配置空间给出最佳的配置方案；该系统能在各列车单独确定防溜设施的配置类型及数量模式和站点统一调度模式之间进行任意切换；
其中，所述临界溜逸状态下，车辆的起动阻力+防溜设施集合所产生的阻力＝所述车辆纵向气动力+坡道引起的车重在纵向的分力；
车辆起动阻力＝单位起动阻力×(车辆自重+载重)，所述单位起动阻力为通过不同车型不同环境下的现场实验测试得到的平均值。
5.根据权利要求4所述的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施数量的系统，其特征在于，单位起动阻力的平均值不区分车型且取值4.05N/kN，所确定的车辆纵向气动力与环境风速及车辆编组数相关，各类型车型所对应的车辆纵向气动力计算关系式为：
单层客车：FDW＝0.00563W2+0.00406W2n；
单层集装箱车：FDW＝0.00248W2+0.00363W2n；
平车：FDW＝0.00298W2+0.00217W2n；
棚车：FDW＝0.00259W2+0.00316W2n；
罐车：FDW＝0.00323W2+0.00386W2n；
空敞车：FDW＝0.00626W2+0.00409W2n；
重敞车：FDW＝0.00423W2+0.00330W2n；
其中，W为环境风速，n为车辆编组数。
6.根据权利要求4所述的确定大风环境下铁路机车车辆防溜设施数量的系统，其特征在于，当待配置的车辆为几种不同车型编组在一起的混编车辆时，选用危险等级最高的混编车型进行分析求解。
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