風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定方法及系統(tǒng)，以解決目前以列車傾覆系數(shù)作為風區(qū)行車安全的唯一判據(jù)、不能綜合考慮實際環(huán)境諸影響因素的問題。所述方法包括：首先確定路況－車型及載重－風速及風向－車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式、列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風速與車速的第二關(guān)系式以及確定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風速與車速的第三關(guān)系式，通過列車運行中的當前風速及三個關(guān)系式得出三個車速并進行比較，最小的車速即為當前風/車/路/網(wǎng)/墻/地形等因素耦合環(huán)境下的列車運行安全閾值。通過上述方式確定的列車運行的安全閾值，更接近列車運行的實際環(huán)境，對列車運行速度的選擇更具有參考價值。
【專利說明】風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道交通安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值的確定方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]列車自從19世紀70年代作為一種運輸貨物和載客的交通工具傳入我國，就一直伴隨著事故的發(fā)生。在大風多發(fā)地帶，大風會帶來嚴重的列車事故。
[0003]我國西北地區(qū)大陸性氣候明顯，受到西伯利亞、烏拉爾山南下寒流的影響，大風頻繁強勁，風速高、風期長。位于新疆境內(nèi)的蘭新鐵路經(jīng)過的“百里風區(qū)”、“三十里風口 ”等風區(qū)是世界上內(nèi)陸大風風速最大的地區(qū)之一，歷史最高風速超過64m/s，年均大風天數(shù)超過100天,局部地區(qū)超過200天。青藏高原也是大風多發(fā)地帶,根據(jù)青藏高原氣象實測資料分析，大風高發(fā)區(qū)集中在以沱沱河為中心的高原主體部位，其平均年大風日數(shù)在150天以上，如沱沱河平均年大風日為167.8天。青藏鐵路五道梁至安多段正好位于高原大風中心區(qū)域。我國也是世界上臺風登陸最多、受災(zāi)最嚴重的國家之一，從遼寧到廣西的沿海地區(qū)常受臺風的襲擊，這些區(qū)域臺風風速強勁、破壞能力極強，威脅過往列車的安全，造成列車傾覆，帶來人員傷亡。
[0004]歷史上，我國新疆鐵路發(fā)生因大風造成的列車傾覆事故20多起、翻車110余輛，并造成重大財產(chǎn)損失和人員傷亡等嚴重后果。在我國其他地區(qū)，大風將集裝箱吹落的事故也屢見不鮮。在日本，自1889年東海道正線沼津一原間客車脫軌傾覆以來，至今斷定為風致列車事故有近30起,其中的一起事故就造成233人傷亡。在新西蘭，1880年,在Rimutaka山脈爬坡的鐵路上，突風將前面的三節(jié)列車吹落到山谷下；1936年，在Wairarapa鐵路線上運行的列車被突風吹翻。比利時和瑞士也都曾發(fā)生突風引起的列車傾覆事故。
[0005]大風不但會導(dǎo)致列車傾覆、脫軌，而且還會引發(fā)鉆網(wǎng)、斷網(wǎng)、弓網(wǎng)分離等事故。如銀川供電段1998年一 2001年大風原因引起的弓網(wǎng)故障就多達30次。在電氣化的列車運行中，弓網(wǎng)系統(tǒng)中的受電弓上部為多自由度結(jié)構(gòu)。當列車在大風環(huán)境下運行時，產(chǎn)生的非定常升力導(dǎo)致受電弓對接觸網(wǎng)的正壓力發(fā)生變化。當非定常升力增加受電弓對接觸網(wǎng)的正壓力時，會導(dǎo)致壓力過大，增加對接觸網(wǎng)的損耗，減少設(shè)備壽命甚至造成設(shè)備損壞；當非定常升力減小愛電弓對接觸網(wǎng)的正壓力時，會導(dǎo)致壓力過小，造成受電弓離線率上升。因此，大風產(chǎn)生的非定常升力會對行車安全帶來不利影響。同時，大風產(chǎn)生的流動分離、流動附著等現(xiàn)象，在受電弓表面形成氣動力，導(dǎo)致受電弓運行姿態(tài)及動力性能改變，使受電弓出現(xiàn)過大的縱向和/或垂向位移(風致網(wǎng)偏)，也會直接影響列車運行安全和弓網(wǎng)(受電弓和接觸網(wǎng))的使用壽命。
[0006]目前，對大風影響列車運行安全的研究中，大多以列車傾覆系數(shù)作為風區(qū)行車安全的唯一判據(jù)，即認為在列車對應(yīng)車速和風速下，列車傾覆系數(shù)超過0.8后列車不能安全運行；且目前的判據(jù)中沒有將風/車/路/網(wǎng)/墻/地形耦合起來，往往以某一特定工況下的傾覆系數(shù)作為判定依據(jù)。實際上，大風不但可能導(dǎo)致列車脫軌傾覆，而且可能導(dǎo)致列車車體相對轉(zhuǎn)向架傾覆、車體被升力抬起后失穩(wěn)以及風致網(wǎng)偏過大引起弓網(wǎng)失效的問題。在大風對列車運行安全性的影響研究中，列車的運行速度是一個重要因素。因此，確定列車運行的安全閾值顯得格外重要。而現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒有綜合考慮列車傾覆、車體升重比超限失穩(wěn)、風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效等臨界條件來確定列車運行的安全閾值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定方法及系統(tǒng)，通過綜合考慮風/車/路/網(wǎng)/墻/地形耦合下列車傾覆、車體升重比超限失穩(wěn)、弓網(wǎng)失效等臨界條件來確定列車運行的安全閾值，使得這一安全閾值更接近列車運行的實際環(huán)境，為選擇合適的列車運行速度提供更有價值的參考。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值的確定方法，所述方法包括:
確定路況一車型及載重一風速及風向一車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式； 確定列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風速與車速的第二關(guān)系式；
確定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風速與車速的第三關(guān)系式；
檢測列車運行狀態(tài)下的當前風速，由當前風速及第一關(guān)系式計算第一車速，由當前風速及第二關(guān)系式計算第二車速，由當前風速及第三關(guān)系式計算第三車速；
比較第一車速、第二車速、第三車速，確定最小的車速為當前風/車/路/網(wǎng)/墻/地形耦合狀態(tài)下的列車運行的安全閾值。
[0009]上述方案中，所述確定路況一車型及載重一風速及風向一車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式進一步包括:當列車傾覆系數(shù)D達到預(yù)定值時，得到不同風速下相對的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第一關(guān)系式。
[0010]上述方案中，所述列車傾覆系數(shù)D通過下式計算得出:
【權(quán)利要求】
1.一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定方法，其特征在于，所述方法包括: 確定路況一車型及載重一風速及風向一車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式； 確定列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風速與車速的第二關(guān)系式； 確定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風速與車速的第三關(guān)系式； 檢測列車運行狀態(tài)下的當前風速； 由當前風速及第一關(guān)系式計算第一車速，由當前風速及第二關(guān)系式計算第二車速，由當前風速及第三關(guān)系式計算第三車速； 比較第一車速、第二車速、第三車速，確定最小的車速為當前風車路網(wǎng)墻地形耦合狀態(tài)下列車運行的安全閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定路況一車型及載重一風速及風向一車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式進一步包括:當列車傾覆系數(shù)D達到預(yù)定值時，得到不同風速下相對的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第一關(guān)系式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述列車傾覆系數(shù)D通過下式計算得出:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風速與車速的第二關(guān)系式進一步包括: 判定列車升重比達到臨界狀態(tài)時，得到不同風速下相對應(yīng)的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中， 所述列車升重比通過下式計算:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風速與車速的第三關(guān)系式進一步包括: 判定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)時，得到不同風速下相對應(yīng)的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中，所述風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效通過網(wǎng)偏量進行判斷，所述網(wǎng)偏量通過下式計算:
6.一種風車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運行安全閾值確定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 第一關(guān)系式確定模塊，與車速計算模塊連接，用于確定路況一車型及載重一風速及風向一車速耦合狀態(tài)下風速與車速的第一關(guān)系式； 第二關(guān)系式確定模塊，與車速計算模塊連接，用于確定列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風速與車速的第二關(guān)系式； 第三關(guān)系式確定模塊，與車速計算模塊連接，用于確定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風速與車速的第三關(guān)系式； 風速監(jiān)測模塊，與車速計算模塊連接，用于檢測列車運行狀態(tài)下的當前風速； 車速計算模塊，與安全閾值確定模塊連接，用于由當前風速及第一關(guān)系式計算第一車速，由當前風速及第二關(guān)系式計算第二車速，由當前風速及第三關(guān)系式計算第三車速；安全閾值確定模塊，用于比較第一車速、第二車速、第三車速，確定最小的車速為當前風車路網(wǎng)墻地形耦合狀態(tài)下列車運行的安全閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一關(guān)系式確定模塊還執(zhí)行下述操作:當列車傾覆系數(shù)D達到預(yù)定值時，得到不同風速下相對的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第一關(guān)系式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述列車傾覆系數(shù)D通過下式計算得出:

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二關(guān)系式確定模塊還執(zhí)行下述操作: 判定列車升重比達到臨界狀態(tài)時，得到不同風速下相對應(yīng)的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中， 所述列車升重比通過下式計算:
κ..F.C;.(2) 式(2)中， Pv為車體的氣動升力； Ge為車體重量； 當《 = 時，判定列車升重比達到臨界狀態(tài)；其中力升重比臨界狀態(tài)判定常數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三關(guān)系式確定模塊還執(zhí)行下述操作:判定風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)時，得到不同風速下相對應(yīng)的車速，并進行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中，所述風致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效通過網(wǎng)偏量進行判斷，所述網(wǎng)偏量通過下式計算:
【文檔編號】G01M9/00GK103983462SQ201410227437
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】田紅旗, 劉堂紅, 梁習鋒, 楊明智, 周丹, 許平, 張 浩 申請人:中南大學