邱戰(zhàn)國 邢群雁 胡 淼

車輛減速器單位制動(dòng)能高的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)

邱戰(zhàn)國 邢群雁 胡 淼

邱戰(zhàn)國：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員100081 北京

邢群雁：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 助理研究員100081 北京

胡 淼：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 研究實(shí)習(xí)員100081 北京

摘 要：提出了一種實(shí)用的車輛減速器單位制動(dòng)能高的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)方法，能夠通過能高曲線直觀反映減速器的單位制動(dòng)能高值，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)減速器制動(dòng)能力具有重要意義，為現(xiàn)場(chǎng)維修人員適時(shí)對(duì)減速器維修提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車輛減速器;單位制動(dòng)能高;計(jì)算與統(tǒng)計(jì)

駝峰車輛減速器 (以下簡稱減速器)是自動(dòng)化駝峰編組場(chǎng)的重要調(diào)速設(shè)備，其性能和可靠性直接關(guān)系到調(diào)車安全和運(yùn)轉(zhuǎn)效率。單位制動(dòng)能高是減速器的主要性能指標(biāo)之一，直接反映減速器制動(dòng)能力的大小。長期以來，電務(wù)維修人員通常是通過借助駝峰控制系統(tǒng)的速度曲線間接判斷減速器制動(dòng)能力的大小，但這種方法很不直觀，如果需要準(zhǔn)確計(jì)算減速器單位制動(dòng)能高還需要進(jìn)一步的人工計(jì)算，操作起來極不方便。為了保證減速器制動(dòng)能力，維修人員只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，定期對(duì)減速器開口進(jìn)行調(diào)整，無法做到狀態(tài)修。

1 理論基礎(chǔ)

減速器制動(dòng)能高的測(cè)試方法有2種：第1種是分別測(cè)出車輛進(jìn)入減速器的入口速度和經(jīng)全制動(dòng)后的出口速度，按公式 (1)、(2)計(jì)算制動(dòng)能高Hz和單位制動(dòng)能高h(yuǎn);第2種是測(cè)出單臺(tái)減速器對(duì)單個(gè)車輛制動(dòng)時(shí)的減速度a，按公式 (3)、(4)分別計(jì)算單位長度制動(dòng)能高h(yuǎn)和制動(dòng)能高Hz。

式中：Hz為減速器的制動(dòng)能高 (m);vr為車輛進(jìn)入減速器的入口速度 (m/s);vc為車輛離開減速器的出口速度 (m/s);g'為考慮車輛轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響的重力加速度，一般取g'=9.7 m/s2;Hp為減速器測(cè)試區(qū)段線路的高差 (m)，由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè);Hzh為被測(cè)車輛阻力換算成的能高 (m);h為減速器單位長度制動(dòng)能高 (m/m);L為減速器有效制動(dòng)長度 (m)。

式中：a為單臺(tái)減速器對(duì)單個(gè)車輛制動(dòng)時(shí)的減速度 (m/s2);hp為減速器測(cè)試區(qū)段坡度換算成單位能高 (m/m)，一、二部位一般按8.0×10－3～9.0×10－3m/m計(jì)算，三部位一般按2.5×10－3～3.0×10－3m/m計(jì)算;hzh為減速器測(cè)試區(qū)段車輛走行阻力換算成單位能高 (m/m)，取值范圍是1.5×10－3～2.5×10－3m/m。對(duì)安裝于調(diào)車線的目的制動(dòng)減速器，hp≈hzh。

使用方法1測(cè)試時(shí)，要求車輛應(yīng)通過全制動(dòng)狀態(tài)的減速器，否則無法確定減速器的有效制動(dòng)長度L，進(jìn)而無法計(jì)算減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)。在正常的溜放作業(yè)過程中，各種情況都有可能，車輛通過全制動(dòng)狀態(tài)的減速器只是一種特殊情況，不具備普遍性，不便于減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。為此采用方法2作為理論基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。

2 具體算法

2.1 靜態(tài)算法

利用駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)速度曲線計(jì)算減速度a的方式對(duì)減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)進(jìn)行計(jì)算。速度曲線如圖1，它記錄的是溜放車輛制動(dòng)過程速度變化曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間 (s)，縱坐標(biāo)為車輛經(jīng)過減速器時(shí)的速度 (km/h)。圖中可以清晰地看到速度平穩(wěn)下降的光滑曲線，可根據(jù)特定時(shí)間內(nèi)的速度變化計(jì)算出該車的減速度a。選擇單輛車被制動(dòng)時(shí)計(jì)算機(jī)打印的雷達(dá)數(shù)據(jù)表，求出其2個(gè)車輪在減速器上的減速度a和單位制動(dòng)能高h(yuǎn)。主要計(jì)算過程如下：

式中：a為車輛的減速度 (m/s2);Δv為前后測(cè)點(diǎn)速度差 (m/s);Δt為前后測(cè)點(diǎn)時(shí)間差 (s)。

圖1 駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)速度曲線

2.2 動(dòng)態(tài)算法 (實(shí)時(shí)算法)

靜態(tài)算法是從宏觀上考慮，能夠從整體上反映減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)的大小，對(duì)于測(cè)試具有重大指導(dǎo)意義。但是這種方法需要對(duì)速度曲線進(jìn)行后期人工計(jì)算處理后方可得出結(jié)果，而且不能夠?qū)崟r(shí)反映減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)的大小。

動(dòng)態(tài)算法是在靜態(tài)算法的基礎(chǔ)上對(duì)減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)的一種改進(jìn)算法，能夠反映某一時(shí)刻減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)的大小。它是利用自動(dòng)控制系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)報(bào)表計(jì)算減速度a的方式對(duì)減速器單位制動(dòng)能高h(yuǎn)進(jìn)行計(jì)算。駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)從溜放車輛進(jìn)入減速器軌道電路區(qū)段開始對(duì)車輛溜放速度進(jìn)行采樣，每隔一定的時(shí)間間隔采集一次，與雷達(dá)數(shù)據(jù)報(bào)表采樣數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，濾波數(shù)據(jù)為修正后的采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)以采樣數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。主要計(jì)算如下：

式中：ai為第i個(gè)采樣點(diǎn)至第i+1個(gè)采樣點(diǎn)區(qū)間車輛的減速度 (m/s2);vi+1為第i+1個(gè)采樣點(diǎn)溜放車輛的速度 (km/h);vi為第i個(gè)采樣點(diǎn)溜放車輛的速度 (km/h);ti+1為第i+1個(gè)采樣時(shí)刻;ti為第i個(gè)采樣時(shí)刻。

由于駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)溜放車輛速度采樣的間隔是固定的，一般為 100ms，即 ti+1－ti=100ms，因此可將式 (7)簡化為 (8)式：

式中：hi為第i個(gè)采樣點(diǎn)至第i+1個(gè)采樣點(diǎn)區(qū)間減速器的單位制動(dòng)能高 (m/m)。

在式 (9)中，g'是常數(shù)，對(duì)于一個(gè)具體的駝峰場(chǎng)，hp和hzh也是已知的，因此利用雷達(dá)數(shù)據(jù)報(bào)表中的采樣數(shù)據(jù)完全可以統(tǒng)計(jì)出從第i個(gè)采樣點(diǎn)至第i+1個(gè)采樣點(diǎn)區(qū)間減速器的單位制動(dòng)能高h(yuǎn)i。利用該算法，便可輕松統(tǒng)計(jì)減速器單位制動(dòng)能高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)軟件或在現(xiàn)有駝峰控制系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)，便可以繪制出減速器的單位制動(dòng)能高曲線。

3 具體算法補(bǔ)充說明

1．由于減速器的單位制動(dòng)能高反映了減速器制動(dòng)能力的大小，也就是說只有減速器對(duì)溜放車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，利用上述理論計(jì)算的數(shù)值才有意義。對(duì)于溜放車輛已經(jīng)進(jìn)入減速器區(qū)段但是尚未進(jìn)入減速器位置期間，或者溜放車輛已經(jīng)出清減速器期間，計(jì)算出的減速器的單位制動(dòng)能高數(shù)據(jù)為無效數(shù)據(jù)，沒有參考價(jià)值。

2．對(duì)于由于雷達(dá)波動(dòng)引起的采樣數(shù)據(jù)變化記為無效數(shù)據(jù)。

3．對(duì)于重復(fù)制動(dòng)過程中計(jì)算出的減速器的單位制動(dòng)能高數(shù)據(jù)不能完全反映減速器制動(dòng)能力的大小，這些數(shù)值僅供參考。因?yàn)闇p速器的重復(fù)制動(dòng)過程是包含制動(dòng)到緩解或緩解到制動(dòng)的過程，減速器只有在達(dá)到全制動(dòng)位置時(shí)，上述理論計(jì)算的數(shù)值才能反映減速器制動(dòng)能力的大小。

4．對(duì)于駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)速度曲線上速度明顯下降的區(qū)段為有效數(shù)據(jù)區(qū)段，可作為減速器制動(dòng)能力大小的判定依據(jù)，有重復(fù)制動(dòng)的區(qū)段應(yīng)除外。

5．對(duì)于減速器的單臺(tái)制動(dòng)和2臺(tái)串聯(lián)制動(dòng)，上述理論計(jì)算公式中不進(jìn)行區(qū)分。通過對(duì)單位制動(dòng)能高參考值進(jìn)行劃分，單位制動(dòng)能高參考值分別為0.12 m/m和0.24 m/m，當(dāng)計(jì)算值在 0.12～0.24 m/m之間時(shí)，為單臺(tái)減速器對(duì)溜放車輛進(jìn)行制動(dòng);當(dāng)計(jì)算值大于0.24 m/m時(shí)，為2臺(tái)串聯(lián)減速器同時(shí)制動(dòng)。

6．對(duì)于有效計(jì)算值小于0.12 m/m的減速器應(yīng)查明原因，重點(diǎn)關(guān)注。如果是外部原因引起，如下雨、薄輪、油輪、鹽鹵車、雷達(dá)采樣數(shù)據(jù)跳動(dòng)，應(yīng)通知車站作業(yè)人員合理控制;如果是減速器自身原因，應(yīng)及時(shí)調(diào)整減速器開口。

7．根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，單個(gè)數(shù)據(jù)或少量數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性，不能真實(shí)反映減速器單位制動(dòng)能高，需對(duì)一段時(shí)期的減速器單位制動(dòng)能高有效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，才具有指導(dǎo)意義。

8．本算法僅適用于對(duì)單個(gè)車輛制動(dòng)，對(duì)于單個(gè)車輛制動(dòng)能夠真實(shí)有效的反映減速器單位制動(dòng)能高的大小，對(duì)于2輛及大組車無效。

4 理論驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得某駝峰場(chǎng)駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)J320道雷達(dá)速度曲線和速度報(bào)表，根據(jù)式 (9)計(jì)算第i時(shí)刻減速器單位制動(dòng)能高數(shù)值hi，繪制曲線如圖2所示。根據(jù)雷達(dá)速度曲線圖，在采樣點(diǎn)26至48的區(qū)段內(nèi)，減速器處于制動(dòng)狀態(tài)，溜放車輛速度下降明顯，曲線相對(duì)平穩(wěn)，因此該區(qū)段計(jì)算的減速器單位制動(dòng)能高數(shù)值hi能夠直接反映減速器制動(dòng)能力的大小。在圖2的基礎(chǔ)上，對(duì)采樣點(diǎn)26至48的區(qū)段的曲線進(jìn)行放大處理，可得圖3。從圖3可以看出，減速器的單位制動(dòng)能高值絕大多數(shù)大于0.12 m/m，且有相當(dāng)一部分大于0.24 m/m，說明J320道減速器單位制動(dòng)能高符合設(shè)計(jì)要求，其制動(dòng)能力能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用，目前不需對(duì)減速器的開口進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)論和建議

1．利用本文所提供的算法，可較方便地計(jì)算與統(tǒng)計(jì)減速器單位制動(dòng)能高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)軟件或在現(xiàn)有駝峰控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)，便可以繪制出減速器的單位制動(dòng)能高曲線。簡單實(shí)用，具有可操作性。

2．減速器的單位制動(dòng)能高曲線能夠?qū)崟r(shí)反映減速器制動(dòng)能力的大小，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維修人員具有重要指導(dǎo)意義，通過對(duì)一段時(shí)期統(tǒng)計(jì)有效的減速器單位制動(dòng)能高值或曲線進(jìn)行分析，可以判斷減速器是處于良好狀態(tài)、需要開口調(diào)整還是需要進(jìn)行減速器大修更換，為適時(shí)對(duì)減速器維修提供了參考依據(jù)。

3．建議現(xiàn)有駝峰控制系統(tǒng)增加繪制單個(gè)車輛制動(dòng)時(shí)減速器的單位制動(dòng)能高曲線功能。

［1］李岱峰，郭祥熹，張樸．T·JK T·JY系列車輛減速器［M］．北京：中國鐵道出版社，2002．

［2］鐵道部鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．TB/T 2845－2007車輛減速器技術(shù)條件［S］．2007，12 ．

［3］栗學(xué)人．TBZK型駝峰自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］．鐵道通信信號(hào)，2010(增刊)：1．

Abstract:This paper presents a practical calculation and statistical method about the energy taken out per unit length of car retarder，which can directly reflect the values of energy taken out per unit length of car retarder through energy curve and have great significance for real-time monitoring of retarder＇s braking ability，offering reference for timely maintenance of car retarder for on-site staff．

Key words:Car Retarder;Energy Taken Out Per Unit Length;Calculation and Statistics

2012-11-23

(責(zé)任編輯：張 利)