風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(fēng)區(qū)行車安全的唯一判據(jù)、不能綜合考慮實(shí)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(fēng)速及風(fēng)向－車速耦合狀態(tài)下風(fēng)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(fēng)速與車速的第二關(guān)系式以及確定風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風(fēng)速與車速的第三關(guān)系式，通過列車運(yùn)行中的當(dāng)前風(fēng)速及三個(gè)關(guān)系式得出三個(gè)車速并進(jìn)行比較，最小的車速即為當(dāng)前風(fēng)/車/路/網(wǎng)/墻/地形等因素耦合環(huán)境下的列車運(yùn)行安全閾值。通過上述方式確定的列車運(yùn)行的安全閾值，更接近列車運(yùn)行的實(shí)際環(huán)境，對(duì)列車運(yùn)行速度的選擇更具有參考價(jià)值。
【專利說明】風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(jì)70年代作為一種運(yùn)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(fēng)多發(fā)地帶，大風(fēng)會(huì)帶來嚴(yán)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(fēng)頻繁強(qiáng)勁，風(fēng)速高、風(fēng)期長(zhǎng)。位于新疆境內(nèi)的蘭新鐵路經(jīng)過的“百里風(fēng)區(qū)”、“三十里風(fēng)口 ”等風(fēng)區(qū)是世界上內(nèi)陸大風(fēng)風(fēng)速最大的地區(qū)之一，歷史最高風(fēng)速超過64m/s，年均大風(fēng)天數(shù)超過100天,局部地區(qū)超過200天。青藏高原也是大風(fēng)多發(fā)地帶,根據(jù)青藏高原氣象實(shí)測(cè)資料分析，大風(fēng)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(fēng)日數(shù)在150天以上，如沱沱河平均年大風(fēng)日為167.8天。青藏鐵路五道梁至安多段正好位于高原大風(fēng)中心區(qū)域。我國也是世界上臺(tái)風(fēng)登陸最多、受災(zāi)最嚴(yán)重的國家之一，從遼寧到廣西的沿海地區(qū)常受臺(tái)風(fēng)的襲擊，這些區(qū)域臺(tái)風(fēng)風(fēng)速強(qiáng)勁、破壞能力極強(qiáng)，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(fēng)造成的列車傾覆事故20多起、翻車110余輛，并造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡等嚴(yán)重后果。在我國其他地區(qū)，大風(fēng)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(fēng)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(fēng)將前面的三節(jié)列車吹落到山谷下；1936年，在Wairarapa鐵路線上運(yùn)行的列車被突風(fēng)吹翻。比利時(shí)和瑞士也都曾發(fā)生突風(fēng)引起的列車傾覆事故。
[0005]大風(fēng)不但會(huì)導(dǎo)致列車傾覆、脫軌，而且還會(huì)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(fēng)原因引起的弓網(wǎng)故障就多達(dá)30次。在電氣化的列車運(yùn)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(dāng)列車在大風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的非定常升力導(dǎo)致受電弓對(duì)接觸網(wǎng)的正壓力發(fā)生變化。當(dāng)非定常升力增加受電弓對(duì)接觸網(wǎng)的正壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力過大，增加對(duì)接觸網(wǎng)的損耗，減少設(shè)備壽命甚至造成設(shè)備損壞；當(dāng)非定常升力減小愛電弓對(duì)接觸網(wǎng)的正壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力過小，造成受電弓離線率上升。因此，大風(fēng)產(chǎn)生的非定常升力會(huì)對(duì)行車安全帶來不利影響。同時(shí)，大風(fēng)產(chǎn)生的流動(dòng)分離、流動(dòng)附著等現(xiàn)象，在受電弓表面形成氣動(dòng)力，導(dǎo)致受電弓運(yùn)行姿態(tài)及動(dòng)力性能改變，使受電弓出現(xiàn)過大的縱向和/或垂向位移(風(fēng)致網(wǎng)偏)，也會(huì)直接影響列車運(yùn)行安全和弓網(wǎng)(受電弓和接觸網(wǎng))的使用壽命。
[0006]目前，對(duì)大風(fēng)影響列車運(yùn)行安全的研究中，大多以列車傾覆系數(shù)作為風(fēng)區(qū)行車安全的唯一判據(jù)，即認(rèn)為在列車對(duì)應(yīng)車速和風(fēng)速下，列車傾覆系數(shù)超過0.8后列車不能安全運(yùn)行；且目前的判據(jù)中沒有將風(fēng)/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(shí)際上，大風(fēng)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(duì)轉(zhuǎn)向架傾覆、車體被升力抬起后失穩(wěn)以及風(fēng)致網(wǎng)偏過大引起弓網(wǎng)失效的問題。在大風(fēng)對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響研究中，列車的運(yùn)行速度是一個(gè)重要因素。因此，確定列車運(yùn)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(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效等臨界條件來確定列車運(yùn)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(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)行安全閾值確定方法及系統(tǒng)，通過綜合考慮風(fēng)/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(yùn)行的安全閾值，使得這一安全閾值更接近列車運(yùn)行的實(shí)際環(huán)境，為選擇合適的列車運(yùn)行速度提供更有價(jià)值的參考。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(fēng)速及風(fēng)向一車速耦合狀態(tài)下風(fēng)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(fēng)速與車速的第二關(guān)系式；
確定風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風(fēng)速與車速的第三關(guān)系式；
檢測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)下的當(dāng)前風(fēng)速，由當(dāng)前風(fēng)速及第一關(guān)系式計(jì)算第一車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第二關(guān)系式計(jì)算第二車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第三關(guān)系式計(jì)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(dāng)前風(fēng)/車/路/網(wǎng)/墻/地形耦合狀態(tài)下的列車運(yùn)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(fēng)速及風(fēng)向一車速耦合狀態(tài)下風(fēng)速與車速的第一關(guān)系式進(jìn)一步包括:當(dāng)列車傾覆系數(shù)D達(dá)到預(yù)定值時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)的車速，并進(jìn)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(jì)算得出:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(fēng)速及風(fēng)向一車速耦合狀態(tài)下風(fēng)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(fēng)速與車速的第二關(guān)系式； 確定風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風(fēng)速與車速的第三關(guān)系式； 檢測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)下的當(dāng)前風(fēng)速； 由當(dāng)前風(fēng)速及第一關(guān)系式計(jì)算第一車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第二關(guān)系式計(jì)算第二車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第三關(guān)系式計(jì)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(dāng)前風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合狀態(tài)下列車運(yùn)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(fēng)速及風(fēng)向一車速耦合狀態(tài)下風(fēng)速與車速的第一關(guān)系式進(jìn)一步包括:當(dāng)列車傾覆系數(shù)D達(dá)到預(yù)定值時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)的車速，并進(jìn)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(jì)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(fēng)速與車速的第二關(guān)系式進(jìn)一步包括: 判定列車升重比達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)應(yīng)的車速，并進(jìn)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(jì)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(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風(fēng)速與車速的第三關(guān)系式進(jìn)一步包括: 判定風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)應(yīng)的車速，并進(jìn)行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中，所述風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效通過網(wǎng)偏量進(jìn)行判斷，所述網(wǎng)偏量通過下式計(jì)算:
6.一種風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合下列車運(yùn)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(jì)算模塊連接，用于確定路況一車型及載重一風(fēng)速及風(fēng)向一車速耦合狀態(tài)下風(fēng)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(jì)算模塊連接，用于確定列車升重比臨界狀態(tài)下的臨界風(fēng)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(jì)算模塊連接，用于確定風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)下的臨界風(fēng)速與車速的第三關(guān)系式； 風(fēng)速監(jiān)測(cè)模塊，與車速計(jì)算模塊連接，用于檢測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)下的當(dāng)前風(fēng)速； 車速計(jì)算模塊，與安全閾值確定模塊連接，用于由當(dāng)前風(fēng)速及第一關(guān)系式計(jì)算第一車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第二關(guān)系式計(jì)算第二車速，由當(dāng)前風(fēng)速及第三關(guān)系式計(jì)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(dāng)前風(fēng)車路網(wǎng)墻地形耦合狀態(tài)下列車運(yùn)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(dāng)列車傾覆系數(shù)D達(dá)到預(yù)定值時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)的車速，并進(jìn)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(jì)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(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)應(yīng)的車速，并進(jìn)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(jì)算:
κ..F.C;.(2) 式(2)中， Pv為車體的氣動(dòng)升力； Ge為車體重量； 當(dāng)《 = 時(shí)，判定列車升重比達(dá)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(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效狀態(tài)時(shí)，得到不同風(fēng)速下相對(duì)應(yīng)的車速，并進(jìn)行數(shù)值擬合，得到第二關(guān)系式； 其中，所述風(fēng)致網(wǎng)偏導(dǎo)致弓網(wǎng)失效通過網(wǎng)偏量進(jìn)行判斷，所述網(wǎng)偏量通過下式計(jì)算:
【文檔編號(hào)】G01M9/00GK103983462SQ201410227437
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)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(xí)鋒, 楊明智, 周丹, 許平, 張 浩 申請(qǐng)人:中南大學(xué)