施衛(wèi)忠，李秀杰，胡 淼，高立中

(1.中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號(hào)研究所，北京 100081)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，貨車在編組站等技術(shù)站停留的時(shí)間占總周轉(zhuǎn)時(shí)間的三分之一，而編組站的作業(yè)以駝峰場的解體溜放和編組作業(yè)為核心內(nèi)容。因此，駝峰作業(yè)的效率和安全性是保障整個(gè)貨運(yùn)體系高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，貨運(yùn)總量不斷攀升，發(fā)展重載運(yùn)輸是必由之路，提高貨車軸重是重要途徑。中國早期通用貨車軸重為21 t，載重60～64 t，從2006年開始，新生產(chǎn)的貨車軸重為23 t，載重70 t。2012—2014年，中國鐵路已建成27 t軸重貨車的標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)平臺(tái)[1]，并組織開展了27 t軸重貨車駝峰適應(yīng)性試驗(yàn)。

為了掌握既有駝峰對(duì)27 t軸重貨車的適應(yīng)性，中國鐵路總公司安排中國鐵道科學(xué)研究院牽頭，原北京鐵路局和原沈陽鐵路局配合，于2013年進(jìn)行“27 t軸重貨車編組站駝峰溜放綜合試驗(yàn)”，于2015年進(jìn)行“適應(yīng)27 t軸重編組站調(diào)速設(shè)備深化試驗(yàn)”[2]。發(fā)現(xiàn)既有駝峰對(duì)27 t軸重貨車作業(yè)存在以下不適應(yīng)情況[3]：

(1)駝峰調(diào)速基礎(chǔ)設(shè)備，包括車輛減速器[4-5]和減速頂[6]，試驗(yàn)中未發(fā)生系統(tǒng)性失效，但減速器性能和安全裕量下降。非重力式減速器，最高制動(dòng)等級(jí)的單位能高降低約20%；重力式降低約15%；減速頂降低約20%。設(shè)備配置的安全裕量被吃掉，雨雪天氣、薄大油輪等情況造成事故的概率增大。

(2)自動(dòng)化駝峰控制系統(tǒng)基本適應(yīng)27 t軸重貨車溜放要求。但輕、重車軸重跨度加大，走行阻力差異加大。驗(yàn)算溜放間隔時(shí)，一、二部位調(diào)整間隔的難度增加[7]，間隔位容易發(fā)生追鉤。目的位出口速度偏高1～2 km/h，但調(diào)低出口定速可行性較低。因?yàn)槔走_(dá)測速在5 km/h以下時(shí)精度差，易造成減速器夾停車輛。

(3)新型27 t軸重重車的溜放基本阻力比既有23 t軸重重車小。容易造成調(diào)車線內(nèi)無頂區(qū)車輛加速走行，導(dǎo)致超速連掛。

(4)部分調(diào)車場減速頂數(shù)量不足[8-9]，因新車走行阻力小，連掛區(qū)加速，連掛速度增加。因既有空車軸重未變，補(bǔ)充減速頂數(shù)量容易造成空車開天窗情況，降低作業(yè)效率。

既有駝峰對(duì)27 t軸重貨車作業(yè)的不適應(yīng)性分兩個(gè)層面：一個(gè)是設(shè)備自身性能和強(qiáng)度層面，需要通過設(shè)備的升級(jí)改造解決；另一個(gè)是設(shè)備配置層面，即駝峰的調(diào)速制式，有必要深入探討。

1 調(diào)速制式的研究

1.1 調(diào)速制式方案

由試驗(yàn)可知，軸重增加后需提高調(diào)速設(shè)備的能力，約15%～20%，可在各部位分別增加兩節(jié)減速器；或合并在一起，增加一個(gè)制動(dòng)部位。

根據(jù)既有情況，間隔位仍采用主流的布置方式，即布置減速器的點(diǎn)式。

調(diào)車線內(nèi)，主流是點(diǎn)連式調(diào)速制式[10-12]，即調(diào)車線始端設(shè)置三部位減速器，打靶約150 m；之后設(shè)減速頂群及減速頂連掛區(qū)；再后設(shè)置平坡和峰尾反坡。軸重提高后，增加減速頂彌補(bǔ)制動(dòng)力的方式會(huì)造成空車途停，影響效率。因此減速頂布置數(shù)量陷入兩難境地：不足會(huì)超速連掛，影響安全；補(bǔ)充會(huì)增加天窗，降低效率。而通過調(diào)整布局——增設(shè)四部位減速器，既能增加制動(dòng)能力，保證安全，又避免了增加減速頂帶來的效率降低問題。

本文提出兩個(gè)駝峰改造的調(diào)速制式方案，對(duì)制動(dòng)能力和作業(yè)效率進(jìn)行比較，為27 t軸重重載需求提出駝峰改造方案。

方案1：在一、二、三部位分別增加減速器制動(dòng)能力，并適當(dāng)增加布置的減速頂數(shù)量(以下簡稱點(diǎn)連式方案)。

方案2：取消減速小頂群，改為設(shè)置1臺(tái)四部位減速器，其能力相當(dāng)于方案1中各部位增加的減速器之和，適當(dāng)增加減速頂布頂密度(以下簡稱點(diǎn)點(diǎn)連式方案)。

1.2 兩種調(diào)速制式的分析和比較

1.2.1 定性分析

從理論上分析，點(diǎn)點(diǎn)連式與點(diǎn)連式相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)安全連掛率提高。增加一個(gè)目的制動(dòng)位，同樣長度的調(diào)車線內(nèi)精確打靶的距離增加，此區(qū)段內(nèi)車輛溜放速度可以得到有效控制，從而提高安全連掛率。

(2)作業(yè)效率提高。設(shè)置四部位減速器可以提高三部位出口速度，進(jìn)而提高三部位入口速度和二、三部位之間道岔區(qū)的平均速度，從而提高作業(yè)效率。

(3)工程可實(shí)施性增強(qiáng)，施工方便，影響面小。因間隔位減速器前后直線段短，一般不具備增加減速器長度的條件。點(diǎn)點(diǎn)連式方案只涉及四部位，施工地點(diǎn)集中，行車影響小。

(4)綜合經(jīng)濟(jì)性合理。四部位減速器設(shè)備購置數(shù)量多，但單價(jià)是間隔位設(shè)備的一半，大修周期是其2倍，綜合經(jīng)濟(jì)性更合理。

(5)可行性提高。分散動(dòng)力的小型減速器適合作為四部位配置?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造后也可適用。

對(duì)27 t試驗(yàn)中的溜放速度進(jìn)行分析(包括蘇家屯上行，豐臺(tái)西上行、下行等)，點(diǎn)點(diǎn)連式比點(diǎn)連式有較大提高，解決了三部位之后的車輛加速問題，控制精度高，安全連掛率高；提高了三部位出口速度，從而提高了駝峰溜放作業(yè)效率。因此，點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式是駝峰適應(yīng)27 t軸重運(yùn)輸改造的推薦方案。

1.2.2 實(shí)際應(yīng)用效果

為驗(yàn)證實(shí)際運(yùn)營中的效果，特選取兩種調(diào)速制式的實(shí)例進(jìn)行比較。豐臺(tái)西編組站上行為點(diǎn)連式，下行為點(diǎn)點(diǎn)連式，均為重力式車輛減速器，其制動(dòng)能力與溜放車輛軸重正相關(guān)，因此運(yùn)營中的23 t軸重情況對(duì)27 t軸重情況具有較高的參考價(jià)值。

上行駝峰調(diào)速設(shè)備配置為：一、二部位為間隔制動(dòng)位T·JK3-B50型減速器；三部位為目的制動(dòng)位T·JK2-B50型減速器；三部位出口278 m后設(shè)置小頂群。站場布局如圖1所示。

下行駝峰調(diào)速設(shè)備配置為：一、二部位分別為間隔制動(dòng)位T·JK3-B50型和T·JK3-B60型車輛減速器；三、四部位為目的制動(dòng)位T·JK2-B50型車輛減速器；三部位兩臺(tái)6+6節(jié)串聯(lián)安裝，四部位一臺(tái)6節(jié)減速器；四部位出口105 m設(shè)置小頂群。站場布局如圖2所示。

圖1 豐臺(tái)西編組站上行(無四部位)駝峰調(diào)速設(shè)備布置

圖2 豐臺(tái)西編組站下行(有四部位)駝峰調(diào)速設(shè)備布置

選取2015年12月份數(shù)據(jù)，包含車重、車輛數(shù)、入口速度、出口速度、出口定速等。對(duì)比出口速度和出口定速之間的偏差，分析系統(tǒng)的控制精度：上行調(diào)車場出口速度精度在±1.0 km/h范圍內(nèi)的占比為90.5%；下行場四部位該指標(biāo)為97.6%，高出7.1%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 豐臺(tái)西編組站上行和下行調(diào)車場控制精度對(duì)比

減速器出口速度可以反映站場的編解效率。各股道平均入口速度和平均出口速度見表1和表2。一部位出口平均速度，點(diǎn)點(diǎn)連式比點(diǎn)連式高1.9%。二部位的出口平均速度，點(diǎn)點(diǎn)連式比點(diǎn)連式高7.4%。三部位點(diǎn)點(diǎn)連式出口平均速度達(dá)到12.85 km/h，比點(diǎn)連式高60.3%。三部位出口速度高可以大幅度提高調(diào)車場的運(yùn)行效率。以點(diǎn)連式數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，兩制式的對(duì)比數(shù)據(jù)如圖4所示。

表1 豐臺(tái)西編組站下行調(diào)車場出口和入口速度統(tǒng)計(jì)

表2 豐臺(tái)西編組站上行調(diào)車場出口和入口速度統(tǒng)計(jì)

圖4 豐臺(tái)西編組站上行點(diǎn)連式和下行點(diǎn)點(diǎn)連式出口平均速度對(duì)比

間隔控制是限制駝峰推峰速度的主要瓶頸，提高三部位出口速度可以降低間隔控制的難度，進(jìn)而提高推峰速度，提高溜放作業(yè)效率；目的位出口速度控制精度體現(xiàn)系統(tǒng)安全性。點(diǎn)點(diǎn)連式三部位出口速度提高60.3%，出口速度精度提高7.1%，表明點(diǎn)點(diǎn)連式方案在效率和安全性兩方面更優(yōu)。

1.3 調(diào)速制式仿真的必要性

對(duì)豐臺(tái)西編組站上、下行實(shí)例的對(duì)比可以看出，兩個(gè)方案中點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式更優(yōu)。但實(shí)例對(duì)比具有局限性：一是只針對(duì)23 t軸重情況，對(duì)27 t軸重情況的預(yù)測性不足；二是實(shí)例不足。豐臺(tái)西編組站下行是國內(nèi)唯一具有四部位的駝峰場，具有代表性，但數(shù)據(jù)量不足。因此有必要通過仿真做進(jìn)一步分析和驗(yàn)證。

2 調(diào)速制式的仿真分析

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)成為測試驗(yàn)證的重要手段，具有成本低、周期短、測試全面的優(yōu)點(diǎn)。

本仿真平臺(tái)按照時(shí)空-能量轉(zhuǎn)換的相關(guān)理論建模，將現(xiàn)場的站場數(shù)據(jù)、車輛參數(shù)和控制策略等作為建模參照，分析出不同推峰速度下的作業(yè)效率和安全性指標(biāo)，為不同場型、車輛、推峰速度和調(diào)速制式的比較和評(píng)價(jià)提供支撐。本文27 t軸重條件下調(diào)速制式的系統(tǒng)性仿真在國內(nèi)尚屬首次。

仿真測試過程如下：分別對(duì)兩個(gè)方案建模，輸入相同的算例，得到仿真結(jié)果；對(duì)仿真結(jié)果中駝峰作業(yè)效率指標(biāo)和安全性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，比較兩個(gè)方案的優(yōu)劣。

駝峰作業(yè)效率指標(biāo)主要是極限推峰速度。溜放試驗(yàn)采用前面溜放難行車，后面溜放易行車(簡稱“前難后易”)的溜放組合，難行車在線路中的溜放阻力要明顯大于易行車[13]，前后車輛從峰頂溜放時(shí)有一定的間隔，溜放過程中由于難行車阻力大、溜放速度低，間隔會(huì)逐漸縮短。從初始推峰速度開始，逐步提高試驗(yàn)的推峰速度，直到在目的位調(diào)速設(shè)備出口之前，易行車從后面追上難行車，此時(shí)的推峰速度即為極限推峰速度。極限推峰速度越高，該駝峰的作業(yè)效率越高。

駝峰安全性指標(biāo)主要是安全連掛率。車組在調(diào)車線內(nèi)連掛主要有3種情形，分別是安全連掛、超速連掛和天窗。安全連掛是指調(diào)車線內(nèi)后車以5 km/h及以下的相對(duì)速度與前車發(fā)生連掛；超過這個(gè)速度連掛為超速連掛，容易造成車輛或貨物損壞等；車輛停止時(shí)還未連掛且與前車距離超過3 m的即為天窗。安全連掛率是安全連掛占總連掛的比例，越高說明駝峰安全性越好。

2.1 仿真平臺(tái)的總體架構(gòu)

本仿真平臺(tái)是對(duì)車輛駝峰溜放過程的宏觀力學(xué)仿真。根據(jù)駝峰橫縱斷面數(shù)據(jù)建立場站模型，設(shè)置調(diào)速設(shè)備、車輛作業(yè)計(jì)劃以及車輛溜放運(yùn)動(dòng)“時(shí)空-能量模型”和各部位定速策略，完成溜放過程的運(yùn)算，進(jìn)行可視化展示。仿真平臺(tái)可實(shí)時(shí)計(jì)算車輛溜放位置、行駛速度、最終停留位置及安全連掛率等。

仿真平臺(tái)架構(gòu)如圖5所示，由兩部分組成，一是核心計(jì)算程序，根據(jù)“時(shí)空-能量模型”得到溜放過程算法，按照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)速設(shè)備的定速策略，計(jì)算溜放過程的全部數(shù)據(jù)，根據(jù)需要輸出指定位置的溜放速度、安全連掛率，以分析溜放效果；二是過程展示程序，通過三維建模，設(shè)置不同觀測視角，方便研究人員直觀了解車輛的溜放情況。計(jì)算和演示兩部分之間設(shè)置相應(yīng)的接口，將核心計(jì)算程序得到的車輛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭^程展示程序。

圖5 仿真平臺(tái)架構(gòu)

仿真平臺(tái)建立后，依據(jù)實(shí)際作業(yè)單數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，測試兩種調(diào)速制式方案，對(duì)比作業(yè)效率和安全性，分析兩種制式的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.2 能高線原理和時(shí)空-能量模型

駝峰調(diào)車機(jī)車給車組一個(gè)初始速度，溜放中車輛的重力分量對(duì)車組加速。車輛同時(shí)受到諸多阻力，包括走行基本阻力、風(fēng)和空氣阻力、曲線附加阻力、道岔阻力、調(diào)速設(shè)備制動(dòng)阻力等[14-15]。車輛溜放阻力在一定距離內(nèi)對(duì)車輛所作的功即為車輛溜放阻力功。

圖6 能高線原理

車輛在溜放過程中克服阻力損失的能量為阻力功?？傋枇?/p>

R總l=Qrl×10-3

( 1 )

式中：R總為車輛總阻力，N；l為車輛溜放距離，m；r為車輛溜放時(shí)的單位總阻力，N/kN。r=r基+r風(fēng)+r曲+r岔+r設(shè)，r基為線路基本阻力，r風(fēng)為風(fēng)和空氣阻力，r曲為曲線附加阻力，r岔為道岔阻力，r設(shè)為調(diào)速設(shè)備制動(dòng)阻力。

如果車輛運(yùn)動(dòng)距離l后，它在峰頂所具有的總能量全部被阻力功消耗，車輛停止在點(diǎn)D處。

( 2 )

或

( 3 )

( 4 )

或

( 5 )

為了方便計(jì)算，將車輛的動(dòng)能和阻力功換算成一定高度，這樣式( 5 )可以等效為

H峰+h推-Hk-hrk=hvk

( 6 )

由于駝峰站場縱斷面的坡度分段變化，各股道調(diào)速設(shè)備布置的位置不同，因此車輛溜放過程中，通過股道各個(gè)區(qū)段所受到的阻力不盡相同，所以車輛溜放的實(shí)際能高線并不是圖6所示的一條直線，而是一條復(fù)雜的分段曲線。

仿真溜放過程涉及一個(gè)作業(yè)計(jì)劃內(nèi)的車組在整個(gè)駝峰場內(nèi)的動(dòng)態(tài)信息，通過計(jì)算各個(gè)車組時(shí)間和空間的數(shù)據(jù)，可以動(dòng)態(tài)模擬駝峰溜放作業(yè)過程。車輛在溜放過程中，每一點(diǎn)的速度通過能量守恒求取，根據(jù)給定的路徑約束可以確定其空間的位置，因此可以建立溜放過程的“時(shí)空-能量模型”。在該算法中第m個(gè)車組通過第n段區(qū)間初始速度為vmn，該車組離開第n段區(qū)間的速度，同時(shí)也是第n+1段區(qū)間的初始速度為vm(n+1)，根據(jù)能高線可以得到

( 7 )

式中：ln為第n段區(qū)間長度，m；in為第n段區(qū)間坡度，‰；rn為第n段區(qū)間的總阻力系數(shù)，‰。

當(dāng)區(qū)段足夠小的時(shí)候，該車組通過該區(qū)段的時(shí)間為

( 8 )

在駝峰場內(nèi)的累計(jì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

( 9 )

式中：tm為第m個(gè)車組到達(dá)峰頂開始溜放的時(shí)間，s。它與之前m-1個(gè)車組通過峰頂?shù)臅r(shí)間有關(guān)，對(duì)于第1個(gè)車組t1=0 s，其他車組為

(10)

式中：l車m為第m個(gè)車組的長度，m。

根據(jù)式( 9 )和式(10)，可以得到

(11)

式(11)即為車輛溜放過程的“時(shí)空-能量模型”，根據(jù)實(shí)際駝峰作業(yè)情況，每個(gè)車組的初始速度與推峰速度保持一致，即

vj1=v推j=1，…，m

(12)

每段區(qū)間的長度即為仿真步長，建議采用1 m，即

lj=1j=1，…，m

(13)

在形成典型算例的演示數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)性能，lj也可以細(xì)化步長到0.1 m。

2.3 減速器出口速度模糊控制策略

溜放過程中，如果全部按理想化情況考慮，完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范，溜放過程中很少出現(xiàn)天窗或超速連掛問題。而事實(shí)上，因?yàn)殡y行車與易行車的走行阻力不同、前后車組輛數(shù)不同、前后車隨機(jī)干擾等因素的影響，前后車距是一個(gè)實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)特征量。為控制這個(gè)量，保證在一列車的溜放中間隔相對(duì)均衡，必須采用一定的策略，經(jīng)過實(shí)踐摸索，得出減速器出口速度按模糊控制矩陣+隨機(jī)擾動(dòng)的模式。

模糊控制矩陣與溜放車組的平均重量、車組長度或調(diào)車線空閑長度有關(guān)，不同部位減速器的控制要求也不同，通常從一部位到四部位，減速器出口速度呈下降的趨勢(shì)。車重在駝峰控制系統(tǒng)中分為四級(jí)，見表3。

表3 車重分級(jí)

對(duì)于一部位減速器而言，模糊控制矩陣見表4，其中M為車重分級(jí)，N為車組包含的車輛數(shù)。

對(duì)于二部位減速器而言，模糊控制矩陣見表5。

對(duì)于三部位和四部位減速器，模糊控制矩陣見表6，其中M為車重分級(jí)，L為調(diào)車線的空閑長度，對(duì)于有四部位的駝峰，其三部位的定速在表6的基礎(chǔ)上增加3.6 km/h。

表4 一部位模糊控制矩陣 km/h

表5 二部位模糊控制矩陣 km/h

表6 三部位和四部位模糊控制矩陣 km/h

上述模糊控制矩陣是車輛的預(yù)期速度，實(shí)際車輛溜放過程中車輛的出口速度不可能與預(yù)期速度完全一致，實(shí)際速度與預(yù)期速度之間存在偏差。通過對(duì)現(xiàn)場車輛溜放數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可知實(shí)際出口速度與駝峰控制系統(tǒng)要求之間的偏差，如圖7所示。以下行調(diào)車場實(shí)測數(shù)據(jù)為例。由于設(shè)備故障等原因，部分出口速度與定速偏差較大，而這部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于非正常情況，為了降低它們的影響，對(duì)于各個(gè)部位減速器出口速度偏差超過±5 km/h的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。出口速度與定速的偏差為正態(tài)分布，為了保證仿真平臺(tái)的出口速度與實(shí)際情況接近，在各部位模糊控制矩陣的基礎(chǔ)上增加符合正態(tài)分布的隨機(jī)擾動(dòng)。

圖7 減速器出口速度偏差分布情況

2.4 算例分析及仿真驗(yàn)證

在JAVA和Anylogic軟件編程環(huán)境下，基于減速器出口速度模糊控制策略完成仿真平臺(tái)的建立。以豐臺(tái)西編組站為例，驗(yàn)證仿真平臺(tái)的有效性。

選取豐臺(tái)西編組站上行調(diào)車場和下行調(diào)車場2016年1月18日解編作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，當(dāng)日通過上行、下行調(diào)車場各個(gè)部位車輛減速器有效數(shù)據(jù)見表7。仿真平臺(tái)中溜放車輛的信息，包括車重、車輛數(shù)、目標(biāo)股道、推峰速度、出口定速等，按照實(shí)際數(shù)據(jù)設(shè)置。

表7 豐臺(tái)西編組站仿真作業(yè)數(shù)據(jù)

分別選取上行調(diào)車場和下行調(diào)車場一定數(shù)量的實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，選取的實(shí)測數(shù)據(jù)有效勾數(shù)見表8。

表8 豐臺(tái)西編組站實(shí)測作業(yè)數(shù)據(jù)

分別計(jì)算實(shí)測出口速度和仿真出口速度與出口定速之間的偏差，進(jìn)而可以分別得到兩種偏差的平均值和方差，見表9。

表9 實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 km/h

本文分別選取上行調(diào)車場一部位和下行調(diào)車場一部位，對(duì)比實(shí)測出口速度偏差和仿真出口速度偏差分布情況，如圖8、圖9所示。上行調(diào)車場的實(shí)測出口速度離散度比較高，而下行的曲線更為平滑，但與相應(yīng)的仿真出口速度偏差曲線的趨勢(shì)一致。兩調(diào)車場實(shí)測出口速度偏差和仿真出口速度偏差均屬于正態(tài)分布。

圖8 上行調(diào)車場一部位實(shí)測出口速度偏差和仿真出口速度偏差分布情況

圖9 下行調(diào)車場一部位實(shí)測出口速度偏差和仿真出口速度偏差分布情況

各個(gè)部位的實(shí)測出口速度偏差和仿真出口速度偏差是否屬于相同的正態(tài)分布，需要通過顯著性差異檢驗(yàn)進(jìn)行判斷。如果兩者屬于同一個(gè)正態(tài)分布，由于該正態(tài)分布的數(shù)學(xué)期望μ和方差σ2未知，這樣就需要分別求出兩個(gè)平均值和兩個(gè)方差的顯著性差異。

對(duì)于兩個(gè)平均值的顯著性差異檢驗(yàn)，首先提出零假設(shè)

H0：μ1=μ2

(14)

備擇假設(shè)

HA：μ1≠μ2

(15)

按式(16)計(jì)算t值

(16)

其中，

(17)

式中：n1為實(shí)測有效數(shù)據(jù)數(shù)量；n2為仿真有效數(shù)據(jù)數(shù)量；S1為實(shí)測偏差的標(biāo)準(zhǔn)差，km/h；S2為仿真偏差的標(biāo)準(zhǔn)差，km/h。

再根據(jù)df=(n1-1)+(n2-1)，顯著水平α=0.05，計(jì)算出臨界值tα/2(df)，將通過式(16)計(jì)算得到的t值的絕對(duì)值與其比較，若|t|

對(duì)于兩個(gè)方差的顯著性差異檢驗(yàn)，首先提出零假設(shè)

H0：σ1=σ2

(18)

備擇假設(shè)

HA：σ1≠σ2

(19)

按式(20)計(jì)算F值

(20)

再根據(jù)df1=(n1-1)，df2=(n2-1)，顯著水平α=0.05，計(jì)算出臨界值Fα/2(df1，df2)和F1-α/2(df1，df2)，將通過式(20)計(jì)算得到的F值與其比較，若FF1-α/2(df1，df2)，說明零假設(shè)成立，實(shí)測偏差和仿真偏差的方差差異并不顯著，否則備擇假設(shè)成立，實(shí)測偏差和仿真偏差的方差差異顯著。

如果平均值和方差的差異均不顯著，可以說明實(shí)測偏差和仿真偏差屬于同一正態(tài)分布，否則不能說明兩者屬于同一正態(tài)分布。顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 實(shí)際偏差與仿真偏差的顯著性檢驗(yàn)

可以看到，上行調(diào)車場和下行調(diào)車場的各個(gè)部位實(shí)測偏差和仿真偏差均屬于相同的正態(tài)分布，說明仿真模型可以反映實(shí)際作業(yè)時(shí)速度控制的情況。

2.5 仿真平臺(tái)的測試結(jié)果及分析

在仿真平臺(tái)上設(shè)計(jì)“前難后易”的溜放試驗(yàn)。一般難行車選擇總重為30 t的車輛，溜放條件設(shè)置為難行條件；易行車選擇總重為108 t的車輛，溜放條件設(shè)置為易行條件。觀測推峰速度的極限。測試過程中，分別選擇單輛的難行車和易行車進(jìn)行溜放試驗(yàn)，仿真系統(tǒng)可以計(jì)算出車輛的速度變化過程，得到車輛溜放的時(shí)間曲線。不斷提高推峰速度，直到易行車與難行車發(fā)生追鉤或道岔區(qū)段無法正常分鉤的狀況，此時(shí)就可以得到極限推峰速度。如圖10、圖11所示，當(dāng)推峰速度達(dá)到7.5 km/h時(shí)，易行車在二部位減速器之后與難行車發(fā)生追鉤，可以知道方案1的極限推峰速度為7.5 km/h(即圖10中初始速度2.08 m/s)。如圖12、圖13所示，可以知道方案2的極限推峰速度為8.5 km/h(即圖12中初始速度2.36 m/s)。點(diǎn)點(diǎn)連式的極限推峰速度比點(diǎn)連式的提高13.3%，說明點(diǎn)點(diǎn)連式具有更高的車輛溜放效率。

根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，準(zhǔn)備30列作業(yè)計(jì)劃，在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行溜放試驗(yàn)。每一列作業(yè)計(jì)劃的勾數(shù)、車組組成情況、車重、去向股道均為隨機(jī)產(chǎn)生。試驗(yàn)完成后，可以得到溜放作業(yè)的總勾數(shù)、安全連掛、超速連掛、天窗等數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出安全連掛率。如圖14所示，點(diǎn)連式的平均安全連掛率為83.5%，點(diǎn)點(diǎn)連式的平均安全連掛率為96.6%，提高了13.1%，說明點(diǎn)點(diǎn)連式在安全連掛率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖10 點(diǎn)連式難行車和易行車速度變化情況

圖11 點(diǎn)連式難行車和易行車間隔變化情況

圖12 點(diǎn)點(diǎn)連式難行車和易行車速度變化情況

圖13 點(diǎn)點(diǎn)連式難行車和易行車間隔變化情況

圖14 安全連掛率對(duì)比情況

以上仿真測試主要針對(duì)點(diǎn)連式和點(diǎn)點(diǎn)連式兩種調(diào)速制式的對(duì)比分析，根據(jù)結(jié)果可知點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式優(yōu)點(diǎn)顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在布置了重力式減速器的站場，增加四部位減速器6節(jié)或7節(jié)，增加調(diào)速設(shè)備制動(dòng)能力0.75～0.89 m(12%～15%)，可補(bǔ)償軸重從23 t增加到27 t帶來的制動(dòng)能力不足問題，提高系統(tǒng)的調(diào)速能力裕度。

(2)在“前難后易”極端條件下，點(diǎn)連式極限推峰速度可以達(dá)到7.5 km/h，而點(diǎn)點(diǎn)連式的極限推峰速度可以達(dá)到8.5 km/h，比前者提高13.3%，說明點(diǎn)點(diǎn)連式具有更高的溜放效率潛能。

(3)通過輸入相同的作業(yè)單、相同的推峰速度，分別測試點(diǎn)連式和點(diǎn)點(diǎn)連式方案，結(jié)果表明，點(diǎn)點(diǎn)連式的安全連掛率比點(diǎn)連式有明顯改善，從83.5%提高到96.6%。

27 t軸重車輛溜放工況下，如四部位增設(shè)減速器，則能提高三部位通過速度，進(jìn)而提高間隔位出口速度，相應(yīng)降低了對(duì)間隔位制動(dòng)能高的要求。降低后的制動(dòng)能高要求大致符合既有設(shè)備對(duì)27 t軸重車輛的制動(dòng)能高。而總的制動(dòng)能高的補(bǔ)償集中加在四部位。通過仿真測試，點(diǎn)點(diǎn)連式可以保證間隔，具有更高的極限推峰速度；目的位減速器具有更高的安全連掛率。因此點(diǎn)點(diǎn)連式具有更高的作業(yè)效率和安全性，是優(yōu)選方案。

3 結(jié)論

在27 t軸重貨車駝峰溜放試驗(yàn)過程中，存在駝峰能力不足、調(diào)速設(shè)備安全余量下降等不適應(yīng)問題，不能滿足27 t軸重車輛的作業(yè)要求。為了保證調(diào)車作業(yè)的效率和安全，除基礎(chǔ)設(shè)備加強(qiáng)升級(jí)外，本文對(duì)大中能力駝峰調(diào)速制式進(jìn)行了深入研究，得出以下結(jié)論：

(1)根據(jù)27 t軸重車輛駝峰溜放試驗(yàn)情況，定性分析了點(diǎn)連式調(diào)速制式和點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式的優(yōu)缺點(diǎn)，理論上點(diǎn)點(diǎn)連式具有更好的控制效果，同時(shí)在工程實(shí)施可行性和經(jīng)濟(jì)性方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

(2)對(duì)比分析豐臺(tái)西編組站上、下行兩個(gè)駝峰的實(shí)際作業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式在23 t軸重條件下，出口速度及控制精度較點(diǎn)連式具有明顯優(yōu)勢(shì)。

(3)構(gòu)建仿真測試平臺(tái)，對(duì)點(diǎn)連式調(diào)速制式和點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式進(jìn)行27 t軸重貨車溜放作業(yè)的仿真，結(jié)果表明，點(diǎn)點(diǎn)連式在效率和安全性兩方面均優(yōu)于點(diǎn)連式。根據(jù)所用算例數(shù)據(jù)，點(diǎn)點(diǎn)連式的極限推峰速度比點(diǎn)連式提高13.3%；安全連掛率提高13.1%。

總之，點(diǎn)點(diǎn)連式調(diào)速制式有利于27 t軸重貨車的駝峰作業(yè)，是既有駝峰適應(yīng)重載車輛溜放作業(yè)的推薦方案，也是未來適應(yīng)重載發(fā)展趨勢(shì)的新建站場設(shè)計(jì)的重要方案。

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