列车牵引计算仿真的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与开发　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＤＥ＼ＥＩ（１Ｐ３１Ｉ　、Ｉ　团口ＲＡＩｌ＼￣，＇口ＶＹ（ＯＭ口Ｐｔ］Ｉ　Ｒ圃ＡＰＰＩ［（ＡｌＩＯＮ　Ｖ（１ｌ１　．６１　８６　ＮＯ州．８　文尊编　：１００５－８４５１（２００７）０８－００１８－０３　列车牵引计算仿真的研究　张　刚，潘金山，倪少权，吕红霞　（西南交通大学　交通运输信息技术研究所，成都６ｌ００３１）　摘　：随着科学技术的发展，计算机技术在铁路交通系统的应用越来越深入和广泛。而列车牵引计　算直接涉及铁路的运输能力和运行安全性，对于整个铁路运行系统有重要的意义。对于计算机进行列车牵　引计算仿真进行研究，论述应用计算机仿真程序进行详细计算的必要性，以及仿真模型的建立与实现。　火　ｉ４：列车牵引计算；仿真模型；研究；结构　ｌＩＩＩ剞分类Ｉ，Ｉ　Ｉ．：ＴＰ３９　爻Ｊ｛ｉｊ＝ｂＪ，　５：Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｔｒａｉｎ　Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｃａｉｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＺＨＡＮＧ　Ｇａｎｇ，ＰＡＮ　Ｊｉｎ．ｓｈａｌｌ，ＮＩ　Ｓｈａｏ。ｑｕａｎ，ＬＶ　Ｈｏｎｇ－ｘｉａ　（Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ．Ｔｒａｉｎ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｃａｐａｃｉｙｔ　ａｎｄ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｄ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆｔｒａｉｎ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｄｄｒｅｓｓｅｄ　ｈｔｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，　ｎａｄ　ｈｔｅ　ｎｅｅｄ　ｏｆｒ　ｈｔｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｉｎ　ｒｔａｃｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ；ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　列车牵引计算以铁道列车的纵向运动为计算对　点行走的距离。这种计算办法由于把列车仅作为一　象，并以非稳态运动的牵引和制动工况作为重点，　个质点考虑尤其在空气制动时，求解翩动力采用把　因此，涉及有列车编组条件、机车车辆的牵引和制　整个列车的制动分成空走过程（完全无制动力）和　动装置。线路状况、司机操纵方法等多方面。传统　等效的恒闸瓦压力上闸过程两部分，显然所得的结　的列车牵引计算是人工计算与图解方法相结合，此　果和物理概念相差较大，尤其在列车编组长和翩动　方法费时，费力，而且要求列车司机有经验。采用　初速度高时更为明显；另外，列车处于变坡点时线　可视化编程语言，应用于中文Ｗｉｎｄｏｗｓ９５以上的环　路阻力的值与实际误差很大。　境利用计算机图形技术，以动画形式实时表现列车　而采用多质点模型，把列车中的每一机车和每　的运行过程和列车编组线路条件、司机操纵方案并　一车辆均看作一质点，对各个质点受力分析，归纳　具有弹出窗口方式和多种可选项，可供用户选择多　得每质点所受合力Ｆ　为：　种信息显示和数据处理方式。具有直观易明了和使　Ｆ　ｗ　ｗ　ｂｗｉｈ—ｗ　ｗ∞ｗｔｑｚｚｚ　用方便的特点。　为第ｉ辆车所受牵引力，若为车辆则力为零，　为第ｉ辆车前车钩所受力。　为第ｉ辆车后车钩　１　ｑ　１　个ｌｊＩ｝Ｉ‘诈的ＪＩ　佛　所受力。　为第ｉ辆车所受基本阻力。基本阻力为　轴承阻力、滚动阻力、滑动阻力、空气阻力、冲击　传统的列车运行模型是把整个列车看成是一个　和振动阻力的合力。　，为第ｉ辆车所受附加阻力。　质点，质点上所受的合力包括牵引时的牵引力，制　附加阻力为坡道附加阻力、曲线附加阻力、隧道附　动时的制动力，基本阻力，弯道和坡道的线路阻力　加空气阻力的合力。考虑以上附加阻力情况下，可　用等效值代替，列车的总重量代表质点的质量，从　以最大程度的反映列车的真实受力情况。　，为第ｉ　而求得加速度，积分后再求出质点运行的速度和质　辆车所受制动力。　收稿日期：２００７—０１—０４　由以上模型，可以计算出列车在任意路况下　作者简介：张刚，在读硕士研究生；潘金山，在读硕士研究生。　列车所受合力Ｃ＝　Ｆ／（ｎ为车辆数），列车单位　ｏ—　而面豳　维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与开发　合力：　ＣｘｌＯ３ｃ　因此，整个仿真系统采用如图１的总体结构。　（Ⅳ／　）　式中　Ｐ为机车计算重量，多机牵引或有补机　时为各机车计算重量之和，Ｇ为牵引重量。　由于作用于列车的合力大小和方向决定着列车　的运动状态，为分析列车的运动以解决列车运行中　的实际问题（如运行速度１，、运行时分ｆ、运行距离　Ｓ以及它们之间的相互关系），就必须知道在不同速　度时作用于列车的合力变化规律。此时，把列车视　为一个整体，由牛顿第２定律有，列车加速度为：　Ｃ　Ｃ　（∑Ｐ＋Ｇ）　由此可以推导出列车运动的微分方程式：　由式（６）可得　＝１・　，口对两边积分便可得　到求解列车运行时分的方程：　ｄｔ＝　考虑到ｄＳ：１，．ｄｔ＝　．ｄｖ，对两边积分便可得　到求解列车运行距离的方程：　』ｄＳ　ｄｖ　通过列车受力模型和运动学模型，可以精确计　算出列车各车辆受力、整车所受合力、确定列车运　行工况、列车运行加速度、速度等。　其它阻力的计算模型机车和车辆的其它阻力如　基本阻力；机车和车辆在坡道上时的坡道阻力和在　弯道上行走时的弯道阻力ｃ，均由列车牵引计算规　程求得。　系统　Ｊ　结｛勺　列车牵引力的计算涉及到很多的方面，如机车　类型，车辆类型，线路等。因此，系统在仿真开始　之前应选择或者人工输入各方面参数。进行计算仿　真的数据初始化。以上这些参数均影响到仿真计算　的结果。另外，为使仿真结果能记录并能直观显示　和打印，还需要对其仿真运行结果进行数据处理，　图１　公司收文管理活动图　在运行块中，因为必须实时读取线路数据和机　车乘务员的输入，及时调整列车所受的外力加以计　算。因此，必须在每步计算前判断司机手柄位置、制　动机减压量、线路坡道及曲线是否改变，如有改变，　则调整有关力的计算公式。在实际应用中，如果要　做一个完美的模拟出列车的运行状态的仿真系统，　还必须在参数设置、人机交互、图像显示和打印输　出各方面作大量的工作。　３　系统　的没汁　列车牵引计算的界面需要许多状态显示元件，　比如大闸、小闸、牵引手柄位、惰行、紧急和缓解　状态的显示。利用计算机图形学原理，把控制器，开　关，信号灯以及各类仪表做成图形元件并放人一个　元件库中，元件调用可通过可视化的控件形式，这　样根据不同的仿真对象的需要进行调用，调用后的　每一元件成为一个对象，增加删除和控制灵活性。　由于是元件库的形式，因此，对于控制开关，信号　灯，仪表等有相同类型的情况，只要做一个元件图　形就可以了，而且，可根据需要任意布局和编排，有　利于新型机车操纵台的设计。另外图形方式也有利　于放大和缩小变换，以适应观察者的需要。这种方　式在制作面向对象的可视控件时工作量较大。　霾　可卜　维普资讯 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铁路信息系统　Ｒ、ｌｌｎＡ、Ｉ、１－ｔ＇Ｉｔ、ｆ、ｌＩｔ　Ｊ、、、、ｆＩ、　Ｉ“　８　Ｖｔ’Ｉ．１６　ＮＯ．８　文　编　ｊ：１００５－８４５１（２００７）０８－００２０－０３　基于ＰＣ　１　０　的铁路道岔监测系统的设计与实现　刘彦斌，彭　强　（西南交通大学　信息科学与技术学院，成都６１００３１）　摘　嘤：　阐述基于ＰＣｌ０４芯片组、嵌入式Ｌｉｎｕｘ、高速数据采集模块构成的实时高速道岔数据采集系　统。该系统能实时的提供道岔检测中的各项数据，如轨距、开口量、尖轨心轨变化量和轨温等，各项采集　数据可以通过局域网传至监控中心进行后期分析研究。　父｛ｉｌ！　ｄ：ＰＣ１０４；ＤＭ７２５０；嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统；数据采集；数据传输　ＩＩ　分类　：ＴＰ２７４．ｌ５　乏ｌ｝ｉＩ＝　Ｉｊ　５：Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｄｅｘ　ｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣ／１　０４　１．１　Ｌｉ　Ｙａｈ．ｂｉｎ、ＰＥＮＧ　０ｉａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａ　Ｒｅａｌ・・ｔｉｍｅ　Ｄａｔａ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ・・ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣ　１　０４　ａｎｄ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ．Ｔｈｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｕｌｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｄａｔａ　ｎ　ｉｍｉｌｗａｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ：ｇａｎｇｅ，ｏ触，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｖｉｂｒａｎｃｙ　ｎｄ　ａＳＯ　ｏｎ、Ｔｈｅｓｅ　ｄａｔａ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｅｎｔｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＬＡＮ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＣ１０４；ＤＭ７２５０；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ；ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ｄａｔａ　ｒｔｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａ高速道岔的实时数据采集系统，实时采集列车　感器模块、电源模块和局域网构成，整体结构如图　行驶过程中道岔变化的各项参数，对数据进行预处　１所示。其中监控中心的计算机通过局域网接收采　理和保存，通过局域网查看所采集的数据，对于异常　集数据；数据采集处理模块又分为ＰＣ１０４处理器模块　数据给予适时报警，益于道岔维护和保障运营安全。　和数据采集模块，这部分是整个系统的核心；传感　ｌ　系统硬件结构　系统由监控中心计算机、数据采集处理模块、传　收稿日期：２００７－０１－１３　作者简介：刘彦斌，在读硕士研究生，彭强，教授。　器模块由不同类型的传感器构成，包括加速度传感　器、距离传感器等；电源模块负责整个系统的供电。　１．１　ＰＣｌ０４　ｉｉ处ＦＩＩ器换块　ＰＣ１０４主处理器模块选用的是美国ＲＴＤ公司的　基于ＰＣ／１０４及ＰＣ／１０４＋的高度集成、ＩＢＭ—ＰＣＩＡＴ兼　容的ＣＰＵ模块ＣＭＬ３７７８６Ｈｘ，它采用增强型处理器　作ＣＰＵ（奔３级），在板包含了所有的ＰＣ／ＡＴ兼容的　４结束语　研制列车牵引计算仿真系统对改变列车重量，　参学文献：　【１】列车牵引计算规程缠写组．列车牵引计算规程解释【Ｍ】．　北京：中国铁道出版社．１９８４，３（２０）．　提高列车速度，新线路设计和操作模式研究等均　【２】马大炜．关于列车牵引计算的研究【Ｊ１．中国铁路，２００１（９）．　有着重要的现实意义。列车牵引计算仿真是一项　【３】马　饮．高速列车运行状态仿真系统的研究ＩＪ】．河北省科　综合牵引计算学、数字仿真学、人机工程学等多学　学院学报，２００２，１９（１）．　科的课题，很多单位在这方面已做了大量的尝试，　【４】武福．列车运行模拟系统建模与实现【Ｊ］．兰州铁道学院　但实现方法却不尽相同。本系统的研究尚处于初　学报，２００２，２１（３）．　级阶段，还有许多因素尚未考虑到，也有许多问题　【５】饶　忠．列车牵引计算【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，２００２，６．　尚未解决，随着研究的深入，本系统将进一步完善　【６】孙．列车牵引计算规程实用教程【Ｍ】．北京：中国铁　和实用。　道出版社，１９９９．　＠—