高速检测列车

高速检测列车（精选九篇）

高速检测列车 篇1

为了保证高速铁路在复杂多变的环境下高速、正常、安全、持久地运行,必须在高速运行条件下对列车、线路区间设备本身、路网条件的质量和安全状态进行实时监控,主动预防与处置各种安全隐患,确保各系统协调、安全地运行。同时,针对列车运行速度提高、行车密度增大的特点,进一步提高高速铁路基础设施检测效率,指导系统的养护维修。多个国家相继研制了与本国铁路运营速度及环境条件等特点相匹配的检测列车。

2 研制背景

2.1 国内既有检测列车的特点

2.1.1 速度200 km/h～250 km/h高速检测动车组

2007年,南车青岛四方机车车辆股份有限公司以CRH2型速度200 km/h动车组为基础,研制出了运行速度200 km/h～250 km/h、安装了当时最先进的检测设备的综合检测列车,能够实现对线路、牵引供电、通信信号等基础设施的综合检测和评估。

2.1.2速度250km/h高速综合检测列车

2008年,长春轨道客车股份有限公司研制成功了速度250km/h的综合检测列车。检测项目覆盖了轨道、轮轨力、接触网、通信和信号系统的主要参数,检测结果可以在时空同步的前提下,实现综合显示、综合分析和综合输出。

2.2国外检测列车的特点与水平

国外的高速铁路技术起步相对较早,但因实际运营条件,其检测列车最高检测速度基本在320km/h以内,且侧重于不同的检测内容。表1是各国典型检测列车的主要特点比较。

2.3综合检测列车的发展趋势

与高速铁路的发展趋势相适应,目前世界各国综合检测列车的发展趋势有如下特点:

(1)各检测子系统检测信息时间和空间的同步;

(2)运用先进的检测技术,提高检测速度和精度;

(3)检测内容越来越丰富,从道床、轨道、钢轨及其几何、隧道界限,到电气化设备和通信信号设备等。

随着我国高速铁路的发展,为了获取与列车最高运行速度等级相同的检测数据,必须研制与实际运行速度相匹配的高速检测列车,实现高速运行条件下对线路状态的同步检测。

3 CRH380A-001高速综合检测列车

CRH380A-001高速综合检测列车是以新一代高速列车技术平台为基础,针对检测系统要求,调整动车组的系统配置及车顶、车内、车下设备布局,安装最新技术的专用检测设备,建立了能够在380 km/h检测速度的情况下,进行数据采集、传递、在线集成、处理分析的处理平台,实现了更多项目、更快速度、更高精度、更高效率的检测功能。

3.1 检测列车总体技术方案

CRH380A-001高速综合检测列车为单层动力分散式电动车组(图1),采用电力牵引交流传动方式,具有良好的气动外形。在此基础上,针对检测列车的特点和要求,通过减轻质量、提升功率,提高列车的运行速度,满足高速检测列车运行速度的需求。

3.1.1 检测列车功能布局

综合检测列车采用8辆编组形式,整列车功能布局见图2。

图2中:

1号车:轨道检测车,可实时对轨道几何数据进行采集、处理及统计分析;

2号车:通信与轮轨力检测车,可实现无线场强覆盖测试和统计分析、GSM-R移动通信系统服务质量QoS测试、GSM-R网络优化所需的各项参数测试等;

3号车:数据综合处理车,可实现最高试验检测速度380 km/h情况下,控制高速检测列车轨道、轮轨动力学、接触网、通信、信号、线路周边环境等检测系统同步采集和统一精确定位,对各检测系统200多个检测参数进行在线集成、数据综合处理、超限历史趋势分析和在线大值超限报警等功能;

4号车:装有受电弓,安装了弓网检测系统传感器和数据采集装置等。客室内设置多媒体显示系统,可实时显示各系统检测及综合数据处理结果;

5号车:装有受电弓,安装了弓网检测设备,可实现对弓网动态作用参数如弓网接触力、硬点(弓头垂向加速度)、离线火花、接触线动态高度等的测量,同时可实现接触网几何参数的非接触式测量;

6号车、7号车:生活用车,为检测人员配备了生活设施;

8号车:信号与测力构架检测车,能够对CTCS-3级列控(兼容CTCS-2级)车载、地面有关设备工作状态实时测试,对检测数据进行实时分析处理,能够对检测数据进行对比分析、历史性分析、融合分析等智能综合分析处理,同时具有与其他系统通信等数据交换功能。

3.1.2 主要技术参数

CRH380A-001高速综合检测列车采用7M1T的配置方案,全列共分4个动力单元,主要技术参数见表2。

3.2 检测系统与动车组的集成方案

检测列车安装了包括轨道、接触网、轮轨动力学、通信、信号以及车辆动力学响应等与高速运行工况相匹配的检测系统,同时,还设置了列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统,实现了信息的精确采集与综合分析处理。

3.2.1 轨道检测系统

轨道检测系统的主要检测内容包括轨距、轨距变化率、(左、右)轨向、(左、右)高低、超高、水平、三角坑、曲率、曲率变化率、未平衡超高及其变化率、车体横向和垂向及纵向加速度、构架横向和垂向加速度、(左、右)轴箱横向和垂向加速度等。

根据检测内容,在1号车2位转向架构架上设2个用于安装轨道几何检测传感器的轨检梁(图3),用于测试构架状态的惯性组件、测左右钢轨横向和垂向位移的激光摄像组件、测车体横向和垂向加速度的伺服式加速度计、测车体状态及其变化的陀螺组件等。

3.2.2 接触网检测系统

接触网检测系统包括非接触式测量系统和接触式测量系统,分别检测接触网几何参数、接触线磨耗和弓网受流性能参数。

接触网检测系统的布置方式见图4。

3.2.3 通信检测系统

通信检测系统用于检测高速铁路所采用的GSM-R移动通信系统的无线覆盖强度、通信服务质量,检测承载列车控制信息的传输通道的传输质量等。主要检测内容包括无线场强覆盖、话音通信、电路数据QoS、分组数据、应用数据、铁路沿线电磁环境等。系统天线安装于车顶,要求天线上方无金属物、天线安装座需保证水平。

根据以上要求,在2号车车顶安装15个天线,分2排分布(图5)。每根天线距车顶中心轴不小于500 mm,其中1#与2#、8#与9#、9#与10#天线的横向间距为500 mm,6#与7#天线横向间距为2 000 mm,其余天线的横向间距为1 500 mm。15根天线的中心(12#天线),需对应在2号车10#机柜与11#机柜中部的正上方。

3.2.4 信号检测系统

信号检测系统通过BTM、CTM、STM/ASTM等天线,以及相应检测单元,实现对应答器、轨道电路、补偿电容、牵引回流、地面RBC报文、车载列控设备等检测和监测功能。

为保证信号系统天线接收特性不受周围金属的影响,要求系统BTM天线正下方底板为非金属底板,天线下平面外露,以保证天线的无金属区要求(图6)。同时BTM天线中心须与列车中心线对齐,BTM天线安装位置处的干扰磁场区强度的频率范围为3.5 MHz～5.0 MHz 时,需要低于+47 dBμA/m。

根据以上要求,1号车BTM天线安装在2位转向架和空调装置之间,8号车BTM天线安装在1位转向架前端,并根据非金属区要求对周边动车设备的布置进行调整。

3.2.5 车辆动力学响应检测系统

车辆动态响应系统通过采用各种加速度传感器,同步测试轴箱、转向架构架、车体的加速度,研究最高试验检测速度380 km/h条件下的车辆动态响应。

根据检测要求,在1号车安装2套车体纵向、横向、垂向加速度传感器,2套构架横向、垂向加速度传感器、2套轴箱两侧的横向和垂向加速度传感器。布置及安装方式见图7。

3.3 检测列车的特点

与国内外既有的检测列车相比,CRH380A-001高速综合检测列车具有以下特点:

(1) 高速同步检测能力

检测列车最高运行速度高达380 km/h,远高出目前国内外检测列车最高检测速度能力。由于能以与运营列车实际速度相匹配的速度进行检测,更便于掌握实际的线路状态。

检测系统采用先进的测量原理和处理技术实现各个项目的检测,因此,在350 km/h高速运行条件下,也能准确诊断轨道状态。

(2) 检测项目丰富

能够实现包括对轨道、接触网、轮轨动力学、通信、信号、车辆动态响应、转向架载荷等的实时检测,同时,还设置列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统,实现信息的集成、共享与综合分析。与国内外既有检测列车相比,检测内容更为全面。

(3) 高检测精度

轨道检测系统采用先进的惯性基准测量原理和捷联式惯性导航检测系统结构,以光电信号处理、模拟信号处理、数字信号处理、图象信号处理等先进技术为基础,检测精度最高可达±0.5 mm。弓网检测接触线高度测量范围5 000 mm～7 000 mm,分辨率可达到5 mm,具有对硬点、弓网动态接触力等修正补偿能力,避免了车体振动的影响,能够更准确地诊断接触网缺陷。各系统的检测精度见表3。

另外,综合系统可使各检测子系统在统一的时间和空间坐标系下进行数据采集和分析,为更深层次数据分析和状态恶化趋势预测等奠定更接近实际的基础。

高采样频率、高分辨率振动补偿装置以及各种先进技术的采用,大大提高了测量的精确度。

4 结束语

基于新一代高速列车研制的CRH380A-001高速综合检测列车,是目前世界上运行速度最高的检测列车,所装载的先进检测设备提供了更高精确度和更丰富的检测能力,是高速列车及先进检测技术的集成。

试验和运用情况表明,CRH380A-001高速综合检测列车的能力和性能均达到了研制目标,作为高速铁路安全保障的重要装备,对保障高速列车运行的安全性、舒适性产生了积极作用,也将进一步提高高速铁路基础设施的检测效率,为高速铁路各系统的养护维修提供重要依据。

参考文献

高速列车安全控制技术ATP 篇2

（西南交通大学交通运输与物流学院，四川省成都市 610031）

摘要：在高速铁路列车自动控制系统(ATC)中，列车自动防护(ATP)系统担负着列车运行间隔控制、进路控制、超速防护的重要作用，是列车运行自动控制的基础。其中，ATP车载设备是ATP系统中保证行车安全的关键设备，它根据地面信息和机车信息生成列车速度控制曲线，并与列车实际速度进行比较，监督列车运行，实现超速防护、零速检测、无意识移动防护、制动确认和车门防护等功能。本文在详细阐述ATP设备功能及构成的基础上，阐述了高速铁路ATP设备的不足，为后续研究提供参考。

关键词：列车自动保护系统；高速铁路；安全；不足； 中图分类号：U238

文献标识码：A Introduction of Automatic Train Protection(ATP)System and the Current Research

QIU Qian-qian（School of transportation and logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031）

Abstract：Serving as the basis of Automatic Train Control(ATC)system of high-speed railway, Automatic Train Protection(ATP)system plays an important role in interval control, route control and over-speed protection.The onboard ATP, however, is the key component of ATP system to insure the train safety.It calculates the train speed-control curve based on the railway information stored in the host computer and the data received from wayside.It constantly compares the velocity calculated with the train actual velocity to supervise the train operation.It executes over-speed protection, zero-speed check, unexpected movement protection, brake confirmation and door protection.The paper introduces the function and the formation of ATP system and describes the shortage of ATP in details.The paper aimed to make a guidance for future research.Key words：Automatic Train Protection system;high-speed railway;safety;shortage;CLC number: U292.4

Document code: A

0 简介

高速铁路是解决交通拥挤的有效手段，它的最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全、正点。因此，必须采用具有行车间隔控制、连续速度显示监督和防护的列车自动防护系统，以确保行车安全，提高行车效率。

ATP，全称是自动超速保护、列车自动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，是应用于轨道交通装备领域，包括高速机车、动车组和地铁车辆的安全保护记录装置，被称为铁路领域的“黑匣子”，承担着保护铁路装备安全的重任。其功能主要为列车超过规定速度时自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。ATP系统自动检测列车实际运行位置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。列车自动防护(ATP)系统的功能

列车自动防护（ATP）子系统，即列车运行超速防护或列车运行速度监督，是保证行车安全、防止列车进入前方列车占用区段和防止超速运行的设备，实现列车运行安全间隔防护和超速防护。通过ATP子系统检测列车位置并向列车传送ATP信息（目标速度信息或目标距离信息），列车收到ATP信息，自动实现速度控制，确保列车在目标距离内不超过目标速度的前提下安全运行。

它的主要功能有：（1）列车定位

定位任务确定列车在路网中地理位置通常ATP系统都是利用查询应答器及测速电机和雷达完成列车定位安装在线路上某些位置应答器用于列车物理位置检测每个应答器发送包括识别编号（ID）应答器报文由列车接收在ATP车载计算机单元线路数据库里存有应答器位置列车就知道它在线路上确切位置由测速电机和雷达执行列车位移测量列车定位误差来自应答器检测精度、应答器安装精度和位移测量精度。

（2）速度和距离测量

列车实际运行速度是施行速度控制依据速度测量准确性直接影响到速度控制效果列车位置直接关系到列车运行安全通过确定列车实际位置才能保证列车

之间运行间隔以及能够在抵达障碍物或限制区之前停下或减速。

（3）ATP监督功能

ATP监督负责保证列车运行安全各监督功能管理列车安全并在它权限内产生紧急制动；所有监督功能在信号系统范围内提供了最大可能列车防护各种监督功能之间操作是独立且同时进行ATP监督包括速度监督、方向监督、车门监督、紧急制动监督、后退监督、报文监督、设备监督等。

（4）超速防护

高速铁路中速度限制分为两种：是固定速度限制如区间最大允许速度、列车最大允许速度；另是临时性速度限制例如线路在维修时临时设置速度限制固定限速是在设计阶段设置ATP车载设备中都储存着整条线路上固定限速区信息。

（5）停车点防护

停车点有时危险点危险点在任何情况下都是越过这会导致危险情况例如站内有车时车站起点即是必须停车点在停车点前方通常还设置一段防护段ATP系统通过计算得出紧急制动曲线即以该防护区段入口点为基础保证列车不超越入口点，有时也可在入口点处设置列车滑行速度值（如5km/h）一旦需要列车可在此基础上加速或者停在危险点前方。

（6）列车间隔控制

列车间隔控制是既能保证行车安全（防止两列车发生追尾事故）又能提高运行效率（使两列车间隔最短）信号概念在过去以划分闭塞分区、设立防护信号机为基础自动闭塞（固定闭塞）概念下列车间隔是靠自动闭塞系统来保证列车间隔以闭塞分区为单位；当采用准移动闭塞或移动闭塞时闭塞分区长度与位置均是不固定是随前方目标点（前行列车）位置、后续列车实际速度以及线路参数（如坡度）而不断改变。

（7）站台屏蔽门控制

ATP轨旁设备连续监测屏蔽门状态只有在屏蔽门“关闭且锁闭”情况下才允许列车进入站台区域如果屏蔽门状态不再为“关闭且锁闭”则ATP轨旁设备将站台区域作为封锁来处理在封锁区域边界处设置防护点因此接近列车将从ATP轨旁设备得到仅至该防护点移动许可如果此时列车已经进入了站台区域屏蔽门状态从“关闭且锁闭”发生了变化ATP车载设备将触发紧急制动。

（8）其他功能

除上述主要功能外视具体用户要求ATP系统还可具有其他一些功能： 紧急停车功能：在特殊紧急情况下按压设在车站上紧急停车按钮（平时加铅封）就可通过轨道电路将停车信息传递给区间上列车启动紧急制动使列车停止运行。

给出发车命令：ATP系统检查有关安全条件（如车门是否关闭、司机操作手柄是否置于零位、ATO系统是否处于正常工作状态）并确认符合安全后给ATO系统信号在人工驾驶模式下司机在得到显示后即可进行人工发车；在自动驾驶模式下ATO系统得到ATP系统发车确认信息后却操纵列车自动启动。

列车倒退控制：根据不同用户协议可以实现各种列车倒退控制例如当列车退行超过一定距离或者越过轨道电路分界点立即启动紧急制动。

停稳监督：监控列车停稳是在站内打开车门和站台屏蔽门安全前提为了证实列车停稳要考虑来自雷达和测速电机信息ATP车载计算机单元将使用这些速度信息。列车自动防护(ATP)系统的构成

列车自动防护系统所包含的设备分别安装在列车上和地面上。安装在列车上的设备，简称为车载设备；安装在地面的设备简称为地面设备。2.1 车载设备的主要组成

列车自动防护系统的车载设备主要包括有车载主机、驾驶员状态显示单元、速度传感器、列车地面信号接收器、列车接口电路、电源和辅助设备等，如图1所示。下面分别介绍有关设备的情况。

电源驾驶员状态显示单元辅助设备速度传感器车载主机列车接口电路地面信号接收器 图1 车载主要设备

(1)车载主机。列车自动防护系统的车载主机由各种印刷电路板、输人/输出接口板、安全继电器和电源等设备组成。这些设备分层放在机柜中，利用机柜上的总线进行通信。

(2)状态显示单元。状态显示单元是车载系统与列车驾驶人员之间的人机界面，可以显示列车当前运行速度、列车到达某点的目标速度、列车到达某点的走行距离、列车的驾驶模式和有关设备的运行状况等与行车直接相关的信息，如图2所示；还设置有一些按钮，用于驾驶员操作，控制列车运行。

图2 列车司机显示屏（人机界面）

(3)速度传感器（如图3）。信号系统通常在列车上装有一个或多个速度传感器，安装在列车的车轴上，用于计算列车的运行速度和列车运行距离及列车运行方向的判定。列车的运行速度，还可以用雷达进行测定，但速度传感器技术成熟，测速精度高，安装使用简单方便，因此被广泛使用。

图3 速度传感器

(4)列车地面信号接收器列车地面信号接收器（图4），安装在列车底部，用于接收从轨道上传来的信息，这些信息可以由地面轨道电路发送，或由安装在地

面的专门设备如应答器发送给列车。列车地面信号接收器，根据所接收的信息格式、容量和处理速度等因素，可以设计为感应线圈，或其他形式，以保证列车在一定的运行速度下能及时接收和处理所收到的信息。列车地面信号接收器的性能要求：抗机械冲击能力强，有很好的抗电磁干扰能力，偏息接收误码率低，不丢失信息。

图4 典型的信号接收设备

(5)列车接口电路。列车自动防护系统的车载设备通过车载主机与列车进行接口，车载主机将控制信息通过接口电路传送给列车，同时车载主机通过接口电路从列车获得列车运行的状态信息。列车接口电路使用的继电器，根据使用的环境，需要体积小、力学性能好的继电器，一般使用弹簧继电器。

(6)电源和辅助设备等列车为列车自动防护系统车载设备提供所需的电源，列车上还有列车运行模式选择开关，各种电源开关，和其他一些辅助设备等。3.2 地面设备

列车自动防护系统的核心设备安装在列车上，它所需的主要信息来自地面设备。根据轨道交通信号系统的不同制式，列车自动防护系统地面设备，可以设置点式应答器或轨道电路，向列车传递有关信息，由安装在列车上的设备接收和处理这些信息。

（1）点式应答器

在速度距离曲线为阶梯式的图形的信号系统中，经常会在线路上间隔一定的距离设置点式应答器。这些应答器向线路保存有列车的行车信息，在列车经过时，由安装在列车车底的感应接收装置从中读取或接收信息，在对这些信息进行综合分析处理。

点式应答器中所包含的信息，包括有线路位置、列车运行距离、基本线路参

数、速度限制等信息，这些信息固化在应答器。应答器可分为有源应答器和无源应答器。有源应答器向线路实时发送信息，由列车接收；无源应答器，只有在列车经过时，由列车应答器中读取信息。典型的应答器如图5。

图5典型应答器

（2）轨道电路

轨道电路除了具有表示列车是否占用轨道的功能外，还可以向线路上实时发送列车运营所需的信息，由列车接收和处理。轨道电路所发送的信息，其容量大，有利于列车的车载系统时列车进行实时控制。因信号系统的处理能力和制式不同，轨道电路所发送的信息量可有所不同，一般来讲，轨道电路所发送的信息可以有以下内容：①轨道电路基本信息如轨道电路的长度、坡道和曲线参数，所用的载波频率，轨道电路的编号等；②线路速度是指该轨道区段线路上受坡道和曲线等因素的影响列车所允许运行的最大速度；③目标速度列车到达下一目标时，列车的运行速度；④运行距离列车到达下一目标时所需走行的距离；⑤列车运行方向，指明列车上行运行或下行运行；⑦道岔定反位列车前方经过道岔的定位或反位；⑧列车停站信号指示列车处于停站状态；⑨备用信息位预留用作其他的信息使用。

这些信息以数字编码的方式，顺序排列，放在一个信息包里。列车收到信息后进行译码和实时处理，实时控制列车运行状态。列控车载设备主要工作模式

列车ATP针对不同情形，共设置5种监控模式，ATP的信息交换过程如图6所示。

图6 ATP信息接收示意图

4.1 ATP完全监控模式

当车载设备具备列控所需的基本数据（轨道电路信息、应答器信息、列车数据）时，ATP车载设备生成目标距离模式曲线，并能通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。4.2 ATP部分监控模式

若ATP车载设备接收到轨道电路允许行车信息，但线路数据缺损时，ATP车载设备产生固定限制速度，控制列车运行。

连续两组及以上应答器的线路数据丢失，列车在ATP车载设备已查询到的线路数据末端前触发常用制动，当列车运行速度低于120km/h后，提供允许缓解提示，司机缓解后，ATP车载设备根据线路最不利条件，产生监控速度曲线（最高限制速度120km/h），控制列车运行。

侧线发车，ATP车载设备根据股道轨道电路信息（根据道岔限速发送UU码或UUS码），形成并保持固定限制速度（至出站口），控制列车运行。

引导接车，ATP车载设备收到接近区段的轨道电路信息（HB码），形成并保持固定限制速度（20km/h），控制列车运行。4.3 目视行车模式

在ATP车载设备显示禁止信号时，列车停车后，根据行车管理办法（含调度命令），司机经特殊操作（如按压专用按钮），ATP生成固定限制速度（20km/h），列车在ATP监控下运行，司机对安全负责。

4.4 调车监控模式

车列进行调车作业时，司机经特殊操作（如按压专用按钮）后，转为调车模式，ATP生成调车限制速度，控制车列运行。牵引运行时，限制速度40km/h；推进运行时，限制速度30km/h。4.5 隔离模式

ATP车载设备故障，触发制动停车后，根据故障提示，司机经特殊操作，ATP车载设备控制功能停用，在该模式下司机按调度命令行车。若仅BTM失效，ATP车载设备提供机车信号，可人工转换为LKJ控制列车。ATP的发展与不足

目前，我国正借鉴世界各国经验，结合我国国情路情，发展CTCS，制定我国统一的ATP系列技术标准和规范。实行跨专业合作，坚持技术先进、系统成熟、经济合理、等级配置的原则，坚持通信信号一体化的方向，新线建设优先发展基于无线的ATP。坚持新线建设与既有线改造并重，在总体规划的指导下，分步实施，有序发展，坚持机车信号主体化与发展ATP相结合。

一般来说，ATP根据地面设备提供的信号信息控制列车运行。当因轨道电路故障等原因，ATP接收不到信号或接收到非正常的检测信号时，ATP将采取自动制动措施控制列车停车。列车停车后如需继续前行，需要等待2分钟后将ATP从完全监控模式转为目视行车模式，以低于20公里/小时的速度前进。目视行车模式期间，如接收到正常信号，ATP将自动转为完全监控模式。所以，具有ATP设备的列车运行过程可以说是非常安全的。

搭乘课改的高速列车 篇3

以先进理论为指引

以先进理论为指引，走出后教就是“少教”的误区。学校有些教师在课改初期往往根据原来“满堂灌、教的多”等现象，认为后教环节应当少教，甚至不教，这就从一个极端走向另一个极端。

为此，学校组织教师专门学习了蔡林森校长在中国教育报上发表的《每节课教师讲几分钟岂能硬性规定》这篇文章，以厘清后教环节在时间运用上的错误认识。通过学习，广大教师充分认识到：后教应视学情随机而定，内容、时间因学情不同可多可少，可长可短，一切都要以学定教，应做到“三讲三不讲”，即讲重点、难点，讲易错易混点，讲易漏点；学生自主学习能学会的不讲，合作学习能学会的不讲，老师讲也不会的不讲。其实，后教中的“教”与传统的满堂灌、讲授式中的“教”相比，确实要少，但少的只是“三不讲”，其他该讲的内容并没有少，也不能少。因此，“少教”是相对的，并非专指简单的数量和时间长度。

以巧搭链接为中心

以巧搭链接为中心，走出后教就是“直教”的误区。学校在课改实践中发现了一种现象：教师通过自学及检测，已经发现并掌握学情，哪些还没有学会，哪些出现了错误，后教环节的“三讲三不讲”内容已心中有数，却在授课时对这些问题迫不及待地直接进行讲授。实践证明，这时直接讲授，效果并不理想。因为这时学生的思维刚刚在自学或检测中遇到问题，尚未真正深入，远远没有达到那种“不愤不启，不悱不发”的程度。如何对这些问题如何后教，把学生的思维引导到“愤、悱”那一块区域、那一种状态中去？

学校以搭建链接为中心，巧妙进行过渡引导，这种链接是授课艺术和技巧，是一种能力，有四两拨千斤之功效，需要教师课堂上留心观察，细心处理。例如，遇到的问题核心比较明确，就可直接采取时间留白的形式，给学生以充分的思考时间，然后再通过提问引导，层层深入；如果问题比较复杂，为避免思维方向偏离核心或在枝梢末节上浪费时间，就可单刀直入，直接抛出核心问题，给出时间让学生深入思考。总之，这种过渡非常重要，虽然往往只有短短几分钟的时间，但却是点燃引爆学生思维的过程，如曲径通幽，能生成意想不到的美境。

以心灵相互碰撞、呼应为中心

以心灵相互碰撞、相互呼应为中心，走出后教就是“师教”的误区。在学校，全体教师有一种共识，那就是后教环节应是一种“大写意”，包括兵教兵、师教兵、生生互动、师生互动等等，而且要通过互动形成师生心灵相互碰撞、相互呼应的交响乐，绝不是简单的由教师一统天下的枯燥的单音调。

这种“大写意”包含三层意思：一是后教程序应先兵教兵。兵教兵能教会的，老师不教，老师要坚持退到最后才能出手。二是后教形式应是对话式交流，并非教师一言堂。要鼓励学生深度思辨，勇敢表达，每节课都能激烈交锋，让生生不息的互动交流成为一种课堂常态、教学生态。三是后教保障在于师生能够互相倾听。只有课堂上老师、学生都注意倾听，学生才能感觉到老师对学生以及生生之间的尊重，才能感觉到课堂上的安全、轻松、柔和，才能有师生、生生心灵之间的良性互动。

以素养提升为中心

以素养提升为中心，走出后教就是“高教”的认识误区。“高教”意指教的内容高难度、高深度，不教学生绝对不会。每一节课都有重点、难点，这些都应当列入后教中的“三讲”内容。学校的后教并不完全等同于只教重点、难点这些“高教”内容，内容还更加宽泛。第一，后教内容还包括易混、易错点、易漏点、规律性方法等内容；第二，包括学法指导，针对学习过程中的学生表现，对好的方法予以表扬，以让其他同学学习借鉴，错的给予指导更正；第三还包括着眼于学生学习习惯，注意堂堂纠正学生的坐姿、站姿、写姿、说姿、倾听等习惯中不良问题。

课程改革有着相对统一的模式，对学校来讲，需要的是充分的理解和强力的执行；教学改革存在着无数种可能，对学校来讲，需要的是勇敢的尝试和科学的创新。在课程改革进入深水区的今天，教学改革的成败与否，既决定着课堂教学效率的高低，更决定着课程改革是否在课堂中能够深根发芽。现在的第五中学，每节课堂，教师都把对学生的爱放到第一位，在课堂上真诚地与学生交流，让师生间、生生间自然从容，关系紧密，心灵畅通。

高速检测列车 篇4

CTCS-3级列控系统 (简称C3) 是保证高速铁路列车安全、高效运行的核心装备, 该系统已在武广、郑西、沪杭、沪宁等高速铁路成功应用, 随着我国高速铁路的快速发展, C3将得到更多应用。在动车组高速运行状态下, 为了对其C3车载和地面设备功能、性能及各系统之间接口关系进行测试和验证, 以及开通后服役阶段及时发现设备故障和隐患, 掌握设备运用状态变化情况, 为信号设备维修维护工作提供可靠、全面的决策支持信息, 在联调联试阶段, 需要高速综合检测列车技术装备提供支撑。2009年, 国家高技术研究发展计划 (863计划) 重点项目立项“最高试验速度400 km/h高速检测列车关键技术研究与装备研制”, 开展对动车组高速运行条件下C3车载测试方法和技术进行研究, 并研制基于高速动车组平台的C3检测系统。

2 检测项目和主要功能

C3检测系统功能视图见图1。

2.1 实时检测分析及诊断功能

(1) 轨道电路。

实现ZPW2000 (UM) 轨道电路信号传输特性和频谱特性的检测、分析诊断功能。主要包括:轨道电路信号电压幅值、轨道电路调谐区位置、轨道电路邻区段、邻线路干扰、工频信号干扰和轨道电路信号载频、低频及能量分布。

(2) 补偿电容。

对补偿电容位置、步长及补偿电容失效、缺失等参数的检测、分析诊断。

(3) 轨道电路不平衡电流及谐波分量。

对轨道电路不平衡电流大小、不平衡率及各次谐波分量的检测、分析诊断。

(4) 应答器。

对应答器位置测试;应答器报文解析、比对、分析功能;应答器报文误码分布、连续无差错报文位数及帧数等报文接收质量检测;应答器上行链路信号振幅、功率、作用范围、频谱特性、最大时间间隔错误等电气特性参数检测。

(5) 车载ATP运行数据。

对车载JRU监测数据分析。实现车载ATP人机接口数据 (主要包括车载ATP与列车接口信息 (如激活、休眠、方向等) 、司机操作及车载ATP通过人机交互界面 (DMI) 的输出信息 (如语音、文字、报警等) ) 记录分析功能;车载ATP关键输入数据 (主要包括轨道电路、应答器信息, GSM-R的无线通信消息及测速测距偏差等) 记录分析功能;车载ATP关键输出数据 (主要包括允许速度、目标速度、制动命令等) 记录分析功能;车载ATP运行状态数据 (主要包括ATP控车模式、等级、设备运行状态、列车运行速度、列车位置、车载ATP自诊断运行状态等) 记录分析功能。

(6) 车载Igsmr接口监测。

对车载ATP设备GCD与MT之间的Igsmr接口, 实现ATP与RBC各层之间的消息交换 (包括物理层、链路层、网络层、传输层、安全层和应用层消息) 实时无扰监测和记录分析功能。

(7) 车载Um无线环境监测。

对C3应用数据进行监测, 获取车载模块与GSM-R无线网络交互的业务数据, 提供通信超时故障发生时无线接口处C3列控数据的收发记录;具有监测C3车载无线通信终端工作情况、分析其收发数据是否正确、与无线网络的交互过程是否正确等记录分析的功能。

(8) 车载列控设备运行环境EMC监测。

对车载ATP设备运行环境电磁干扰参数进行检测、分析诊断。

2.2 系统通信管理、系统维护功能

具有检测系统自身状态综合监测记录、对外通信管理、内部数据交互调度管理等功能, 具体包括:

(1) 时间、速度、里程等同步定位信息的并行接入功能;

(2) 与综合系统数据交互功能;

(3) 与车地数据传输系统数据交互功能;

(4) 与地面展示系统数据交互功能;

(5) 系统内各子系统、各部件工作状态的实时监测功能;

(6) 系统内部各子系统数据交互调度管理功能。

2.3 检测数据综合分析处理功能

C3检测系统实现对列控车载、地面信号设备及车-地之间接口等8个项目的检测, 部分检测参数之间存在互补关联关系。检测数据的综合分析处理功能, 以问题或事件为目标, 以时间、里程等时空信息为统一基准, 对检测数据进行关联, 实现检测波形的联动显示, 对C3关于安全防护、模式转换、等级转换等复杂的逻辑功能、时序实时特性的综合分析和判断。

3 系统架构和设备组成

信号检测系统由应答器等8套数据采集及处理装置和检测数据管理、通信调度管理、交路选择配置管理、时空同步管理、系统维护管理、检测数据综合分析处理等系统集成、数据分析装置组成。检测数据采集及处理装置采用分布式布置, 分别安装在检测车动车组1、8号车, 检测数据综合显示及分析, 检测人员操作采用集中方式, 其装置安装在1号车。数据采集及处理装置, 与系统集成及数据分析等各个单元、软件之间存在复杂的数据交换, 系统整体集成度较高。为了提高系统的可靠性及可用性, 系统设计为3层架构 (见图2) 。

4 系统集成技术

高速综合检测列车C3检测系统集成的目标是实现信息关联和综合利用。C3检测系统从不同视角, 在C3列控数据传递交互过程中的不同节点位置实现检测数据的采集和处理, 这些项目和检测数据具有紧密的关联性和互补性, 要最大限度地发挥检测系统总功效的前提是实现检测数据的信息关联和综合利用, 要在统一的时空定位信息基础上进行, 根据检测数据特征、作用范围和设备技术特性参数, 对信息进行关联、综合显示和分析, 这是该系统集成的核心目标。要提高系统的可靠性和可用性并缩短开发周期, 在工程实施方面, 各检测装置之间的设备接口、工程接口要非常清晰, 便于联合攻关和开发。

该系统集成的关键在于解决系统三层设备、部件之间的互连、互操作和系统时空同步问题。系统三层共包含48个设备和部件, 数据交换非常复杂, 而且要求具有较好的实时性。项目组借鉴《RSSP-I铁路信号安全通信协议》中安全防御技术和报文定义, 设计系统内部各设备、部件, 各软件、各任务等之间数据通信的通信规程、信息格式、信息编码及用户数据定义等统一的接口协议, 并通过通信调度管理程序实现系统功能集成和网络集成, 使各设备、各软件及任务集成到相互关联、统一和协调的系统之中, 实现系统集成总体目标。系统接收检测列车综合系统发送的时间、里程、速度等时空同步信息, 通过时空同步管理程序, 广播发送给系统各单元和软件, 实现信号检测所有检测数据统一到同一时间、里程、速度等时空同步基准上。

对检测数据的处理一般分为采集、分析、显示3个过程, 数据流见图3 (以轨道电路为例) 。

5 检测数据综合分析

5.1 检测数据历史对比分析

检测数据历史对比分析的主要目的是及时发现、掌握设备运用状态的变化情况。当代表设备工作状态的技术指标发生变化, 应引起维修维护人员的关注, 对设备提前进行更换处理, 避免故障导致事故的发生。

信号设备呈现的逻辑功能和时序功能特性, 往往在一定条件和场景下, 或在某些组合条件下呈现, 而每次检测因列车进路、控车命令等驱动设备工作的条件不尽相同, 设备的逻辑功能和时序功能参数的检测数据可比性不强。系统选取代表设备电气特性参数的检测数据进行对比分析。

5.2 检测数据关联综合分析

C3包含车载、地面及车-地通信等多个子系统, 各子系统之间和各子系统内部各部件之间协同工作, 在遵循一定逻辑关系和时序要求的基础上, 完成系统的整体功能。系统内部变化是动态的, 动态变化呈现连续和离散共同存在的特征。C3检测实现对检测数据的关联综合分析, 主要功能需求包括:数据一致性、完整性验证;对列控系统逻辑功能进行分析和判断;对列控系统时序功能进行分析和判断;对随机故障进行分析和判断;对设备工作状态进行全面、准确分析和判断。

根据C3功能需求规范 (FRS) 、系统需求规范 (SRS) 和有关技术条件, 结合C3测试案例, 在对C3检测数据的特征、作用范围进行分析及对检测项目和数据差异性、互补性和协同性进行研究的基础上, 对上述功能需求进行细化, 设计关联综合分析案例集, 实现对功能需求测试的完备覆盖。以C2到C3转换功能测试为例, 具体说明测试内容、数据输入、数据输出及测试项目之间的关系。

6 试验验证情况

检测系统经静态测试满足系统技术条件后, 在京沪先导段高速综合检测列车最高运行速度400 km/h条件下对系统功能、性能、检测精度、重复性和一致性进行全面测试验证。试验结果表明, 检测系统包含的8个检测项目全部满足系统技术条件, 能够保证新建线路联调联试及开通后日常检测数据的准确性和可靠性。

(1) 轨道电路检测。轨道电路信号正常采集, 数据处理分析, 波形显示正常, 具备数据分析、回放和报表统计、输出等功能。

信号载频满足±0.1 Hz技术要求;

调制频率满足±0.02 Hz技术要求;

信号幅度满足≤2 m V±2%×示值的技术要求;

绝缘节位置满足≤15 m技术要求。

(2) 轨道电路不平衡电流及谐波分量检测。发送电流值在0~400 A范围内;系统满足≤1A±2%×示值的技术条件要求;能够计算工频5次以下谐波和轨道电路信号载频附近谐波分量大小。

(3) 补偿电容检测可实现对补偿电容的工作状态、位置、步长的检测, 结合轨道电路信号传输曲线对补偿电容工作状态进行判断, 检测正确率>98%。

(4) 应答器检测。具备对应答器位置、报文进行解析和分析、记录功能, 能够对应答器报文接收质量进行检测和统计, 对应答器中心频率、上边频、下边频、调制速率、幅值抖动、应答器作用范围、上行链路信号频率带宽等进行统计, 满足技术指标要求。

(5) 车载ATP运行数据监测实现人机接口信息、列控车载设备输入、输出信息和本身运行状态等数据的接收、实时显示、记录及回放分析等功能。

(6) Um无线环境监测具备GSM-R空中接口C3列控业务数据的监测能力。

(7) 车载列控运行环境EMC监测具备对车载ATP各接口设备电磁干扰等参数基本监测能力。

(8) Igsmr接口监测实时采集车载ATP系统与RBC的无线数据, 实时显示车载无线模块工作状态, 能够解析及显示无线交互数据和无线报警信息。

7 结束语

随着高速铁路的发展, 列控信号设备维修维护的理念和方式发生了根本变化, 普速铁路实行“精检细修”, 高速铁路注重“严检慎修”。目前该系统已经装车, 完成调试, 并在京沪高速铁路联调联试和拉通试验中得到应用。系统中首次实现C3列控业务数据的动态检测、应答器报文接收质量和上行链路信号电气特性参数检测、车载设备运行环境电磁干扰参数检测等, 具有一定创新性。高速综合检测列车C3检测系统的成功研制及应用也是C3检测的整体创新, 将成为C3及C2列控线路列控设备动态检测、设备维修维护和列车运行安全保障的重要技术装备。

参考文献

[1]杨宏图, 许贵阳, 侯卫星, 等.高速铁路综合检测数据分析关键技术研究[J].铁道运输与经济, 2010 (1)

[2]黎国清, 杨爱红, 许贵阳, 等.既有线提速综合检测技术与应用[J].中国铁路, 2008 (5)

韩国高速铁路列车 篇5

2004年4月1日,通往大邱的首尔—釜山第一期高速线开通,这条高速线无疑成为韩国重要的运输通道。该线运营后仅一年就取代飞机成为市场主导者,再次证明高速铁路取胜其他交通运输模式的能力。

首尔至釜山之间铁路的市场份额已由2003年的38%上升到2005年的接近61%,相比之下,飞机从42.2%跌落到只剩25%。从TGV演变而来的KTX也超过了公路运输,同期相同线路乘坐汽车和大客车的旅客比例从不到20%下降至14%。

在首尔和大邱之间的新线上,KTX在长292 km路段上的运行速度为300 km/h(图1),使首尔—釜山的旅行时间缩短到2 h40 min,减少了90 min。此外, KTX运行到大田后离开新线,然后在现有通往韩国西南部木浦和光州的湖南线上运行。

KTX运行极为准时,在时刻表10 min内抵达的列车比例,由2004年的97.8%上升到2006年9月的99%。韩国国家铁路运营商Korail公司对KTX的运行准时性很有信心,如果列车晚点1 h以上,将向乘客100%退款。

KTX目前还未完全畅通运行。虽然每天有10万多名乘客乘坐KTX,但仅是最初预计的一半。该状况部分是因为新线最后一段长143 km的路段(大邱—釜山,途经庆州)到2010年才能开通。新路段开通后,首尔—釜山的旅行时间将缩短到1 h56 min,预期每天运送的乘客将增加到13万人～15万人。

最初对新线的成本和客运量都进行了预测,虽然新路段开通后乘客将有所增加,但仍远低于最初过分乐观预测的客运量。韩国政府在大约15年前对高速项目进行了可行性预测——预计线路建设耗资5.8万亿韩元(32亿美元),如果每天运送20万名乘客可获利。但实际上因为建设和环境问题,到2010年建设成本将是最初预测的3倍～4倍。该误算为Korail公司带来了许多问题。

不过现在正在进行详细的设计,并于2007年在韩国第二条高速线上实施。第二条高速线将始于新城市五松(现有线路大田的北部)至木浦,距离约230 km。线路建设耗资约100亿美元,将于2017年完工。

Korail公司经营的高速列车采用阿尔斯通公司提供的46列KTX型列车。前12列KTX型列车在法国制造,剩下的34列按照技术转让协议在韩国的Rotem公司制造。图2为Korail公司在韩国的最新通勤列车之一。

为开发韩国高速列车,韩国铁路研究所(KRRI)于1996年启动了价值4 300万美元的项目:350 km/h的HSR-350X。KRRI负责项目管理和系统工程,同时Rotem公司和韩国分包商制造了一列样机,并于2002年进行了试验。

HSR-350X样机由2辆动力车、2辆动车和3辆拖车组成(图3)。根据空气动力学重新设计了车头形状,与KTX型列车相比,其空气阻力降低了14%。HSR-350X样机采用铝合金车体,装有韩国研制的感应电动机和集成门极换向晶闸管(IGCT)功率切换装置。试验项目现已完成。截止到2006年10月,HSR-350X运行速度超过300 km/h的累计行程已超过15万km。2004年12月,该列车最高运行速度达到352.4 km/h。

Korail公司已订购首批HSR-350X型列车,其中6列将于2009年在湖南线上投入运营,随后1年将有4列车用于全罗线,运行在湖南线上的列车在益山离开该线,以便经由南部城市Yeosu提供客运服务。因为湖南线和全罗线的客运量需求较低,所以与现运营在木浦上20辆编组的KTX相比,每列10辆编组的HSR-350X更适合这2条线路。

KRRI将于2007年启动新项目,开发最高速度为400 km/h的动力分散式高速列车。

另一列新型电气列车的试制——TTX 200 km/h摆式列车样机——现由KRRI和韩国制造商协会开始后续5年的研制。KRRI表示,运营商可在2008年订购首批TTX型列车(图4)。

转向架上的机电式作动器可使车体倾摆,该作动器安装在摆枕上,可使车体倾摆角度达到8°。陀螺传感器和加速度计可以检测曲线位置,同时使用GPS可以检测列车的运行位置。

KRRI表示,TTX将成为首列混合车体结构列车。TTX的车体部分由轻量化复合材料制成,底架部分由不锈钢材料制成,这样可以增加强度、降低重心。车体外皮由带有蜂窝夹层的碳纤维构成,蜂窝夹层是在大型压热器中高压高温下合成的,这使车体比常规列车车体轻了约30%。车体已通过疲劳试验和静载荷试验,由此可以确保设计的安全性。

TTX采用6辆编组,每节车厢长23.5 m或24.5 m,最大轴重14 t,由8台转向架驱动,每台转向架有2个250 kW的电动机,产生的总动力为4 MW。

韩国开发高速列车 篇6

韩国高速铁路技术开发项目始于1996年, 由韩国铁路研究所 (KRRI) 全面管理, 由政府、私人财团和大学共同合作。该项目以发展韩国铁路技术为世界领先水平为目标。当时韩国引进了法国TGV-K型列车并称之为韩国高速列车 (KTX) , 但是当时韩国本土并不具有先进的高速列车技术。

项目分两个阶段:第一阶段是1996年—2002年进行的G7研发项目及随后的韩国高速列车开发。为了确保项目按计划进行, 从项目资金中拨款约2 100亿韩元 (2.23亿美元) 。10所研究所、35家公司和16所大学参加了该项目的研发, 参与人员约1 000人次。

第二阶段:2002年, HSR350x试验列车进行了首次运行 (图1) 。该列车完全采用韩国技术开发, 于2002年8月19日在首尔—大邱 (釜山) 高速线上首次试运行。又经过为期2.5年的研发, 2004年12月, 列车最高运行速度达到352 km/h。此期间完成了209个试验项目, 验证了车辆性能及其可靠性和安全性。2008年2月, 更名为“Hanvit 350”的列车 (“Hanvit”是“超高速强光”的意思) 完成了总行程为20.7万km的运行。列车现正在韩国高速线上试运行。

2 Hanvit 350列车

Hanvit 350列车外观和内部技术方面均明显不同于第一代KTX列车。KTX车体材质是低碳钢, 而Hanvit 350车体材质是铝。Hanvit 350还采用了许多新技术, 例如使用了感应电动机, 为维护和维修提供了便利条件。

Hanvit 350列车吸取了20世纪80年代以来开发TGV系列车的综合经验。Hanvit 350的最高设计速度为385 km/h (尽管最高运营设计速度是350km/h) , KTX的最高运行速度是330 km/h。在构造方面, 韩国列车可灵活编组20辆或11辆, 而KTX限定为20辆编组模式。制动系统也采用了最近10年的先进技术, 两款设计均安装了电制动和机械制动, Hanvit 350列车还安装了涡流制动。

另外, Hanvit 350列车装有一个车载测量系统, 大概可测量400个项目。该系统由4个主数据采集模块和2个子数据采集模块 (受电弓和轨道测量系统) 组成。如有必要, 还可将附属设备和车载主测量系统连接, 进行其他测量。在试运行中, 安全系统、轮-轨运动和受电弓反应等主要测量项目均被实时监测。

3 KTX II列车

Hanvit 350列车的相关开发技术将被应用于一种新型列车KTX II。依照Hanvit 350开发的KTX II, 其车头外形设计像韩国本土的一种鲑鱼, 该设计是为了减小空气阻力。该列车的最高速度为350 km/h, 运营速度为300 km/h。

2009年将会制造更多的KTX II列车, 用于扩展高速运营。KTX II将投入运营在大田—益山—光州—木浦的湖南线, 以及最近实现电气化的从益山—顺天—丽水的全罗道线上。然而, 这些线路的运输需求相对较低, 而首尔—釜山线的需求较高, 所以在KTX II初次运营时, 韩国铁路将用10辆编组的KTX II列车替换湖南线和全罗道线上20辆编组的KTX列车在必要情况下, 10辆编组的KTX II可以多种方式进行运行。而替换下来的20辆编组的KTX列车将用于首尔—釜山线, 以增加运输能力。

高速列车运行仿真设计 篇7

关键词：高速列车,综合仿真,电气特性,软件

0 引言

高速列车融合了机械工程、现代控制、电子、材料与结构、通信与计算机等多个学科的一系列高新技术,针对如此复杂的系统工程,开发优化设计仿真平台,进行前期良好的功能定位以及开发进程规划至关重要。

目前国内外关于高速列车综合仿真软件的研究比较少,而建立一套整体的电气综合仿真软件确实有着一定的难度,其他科研机构曾经就高速列车的牵引传动系统建立了基于Simulink和VC++混合编程的仿真软件,由于需要两者之间的数据交互和仿真,仿真周期比较长,同时其只是针对牵引传动系统进行了仿真,并没有结合列车实际的运行状态,故而其仿真与列车实际运行情况依然存在着一定的差异[1,2]。而本文基于列车顶层指标[3,4],针对高速列车的电气特性设计以及运行策略进行了分析,并且搭建了一套集设计、验证与展示为一体的电气综合仿真平台,该优化设计仿真平台还能够支持高速列车相关技术的研究[5,6]。

1 高速列车优化设计仿真软件平台框架

图1为高速列车优化设计仿真软件结构框架。仿真软件主要包括5部分,即基本数据设定、列车内部子系统建模、综合仿真、接口以及结果分析。

(1)基本数据设定。定义列车名称和基本编组信息,并对优化设计列车的顶层目标值进行设定。

(2)列车内部子系统建模。通过参数设计完成列车子系统搭建,包括牵引传动子系统和制动系统。其他子系统随着仿真的深入,将逐步搭建。

(3)综合仿真。针对建立的列车模型进行多样化仿真,以验证列车性能;根据仿真结果,优化列车模型,包括列车运行仿真。随着平台的完善,可进行的仿真逐渐增加,例如轮轨关系动力学仿真、车体与空气的流固耦合仿真等。

(4)接口。为实现与硬件实验平台、三维视景仿真、司机模拟控制台、外部系统模型以及其他软件平台的数据交互和联合仿真,在综合仿真部分留有系列接口。

(5)结果分析。以实时展示和设计报告等多种形式对仿真结果进行分析,对设计结果进行总结。

2 电气特性设计

2.1 牵引传动系统能量转换

动车组牵引时,将电能转换成机械能,其能量转换和传递途径如下:接触网高压交流电→受电弓→机车变压器(低压交流电)→ 整流器(直流电)→ 逆变器(VVVF)→牵引电动机→齿轮→旋转力矩→轮轨间黏着作用→机车牵引力。而再生制动时,轮轨间黏着作用提供给动车组制动力,其能量转换和传递途径与牵引时相反。

2.2 牵引/制动特性曲线设计

列车牵引特性曲线的设计是在对列车性能有明确要求基础上,得到一条满足列车各项运行指标的列车牵引力-运行速度曲线。列车牵引特性曲线的设计流程如下:

(1)根据列车相关参数(如列车动车和拖车辆数、单位乘客体重、每辆车的轴数、列车运行基本阻力、列车启动阻力、惯性系数以及最高运行速度时剩余加速度等)计算列车牵引特性相关参数。

(2)根据列车牵引特性相关参数求解列车最高运行速度时的牵引力。先计算出列车牵引功率,根据牵引力、列车运行速度及牵引功率的关系求解出此时的列车牵引力。

(3)计算启动(即速度为0)时的列车牵引力。

(4)目前国内采用日本黏着公式,计算得到列车牵引特性曲线方程。

2.3 异步牵引电机特性设计

异步牵引电机特性曲线计算就是根据传动比和轮径将机车特性曲线转换成电机的转矩- 转速特性曲线,以确定电机的恒功功率及恒功范围、启动转矩、最高转速、最大转矩、电机电流和定转子漏感等参数。

图2为高速列车运行时电机转速和电机转矩之间的关系曲线,随着电机转速的增加,电机转矩几乎呈线性下降趋势。图3为列车速度与转矩之间的关系,当列车速度小于120km/h时,转矩保持恒定,当列车速度大于120km/h时,转矩呈下降趋势,但仍然保持功率恒定。

3 软件功能

3.1 列车模型与线路条件设定

该软件可以进行较为详细的列车编组数据设定。单节车辆为最小模块,动力单元由少量动车和拖车组成,连接多个动力单元即可构建列车模型。细致的列车建模,能够区分不同类型的动力单元在牵引和制动性能方面的差异,同时可以对线路条件进行详细的编辑,能够完成线路坡道、曲线以及其他标记数据的编辑,作为运行仿真的线路数据。

3.2 运行仿真策略

3.2.1 最小时分运行策略

列车最小时分的基本运行模式是以最大牵引力牵引到第一限速区,接着在任一限速路线段,最大可能地采用限制曲线均速运行。在任一限速提高过渡段,在出最低限速段后用最大牵引过渡到高限速段;在任一减速过渡路段,在最迟的时间采用最大制动实现速度的过渡;在停车点前,采用最大制动力进行反推。

为提高计算效率,初始化时将各处限速尽量计算清楚,初始化完成后,系统将显示线路与车站设置,并将根据线路限速、特殊限速及列车制动能力计算出的系统限速显示出来。

3.2.2 固定时分运行策略

针对固定时分运行策略,需将整段线路进行分段处理,分段的节点可以选择线路的限速节点,也可以选择过分相节点。这样做有利于算法的构建以及数据的查找,减小计算量。

每个分段采用固定的时间会导致一定的误差,最终无法满足列车运行的精确度要求,因此可以利用时间和距离的关系,每到一个分段的开始节点就对分段时间进行计算。

这种策略是采用距离分配整个线路段的富裕时间,需要注意的一点是富裕时间一定为正,否则就按照最短时间运行。采用该种策略可以很好地保证列车固定时分的运行。

3.3 运行仿真

该软件建立了功能比较完善的牵引计算模型,以京沪线实际线路数据为线路模型,可采用最小时分、常态运行、固定时分3 种仿真策略进行列车运行模拟。计算输出运行速度、时分、电机电力、功率、全程能耗等数据,三维仿真效果图如图4所示。

4 结束语

本文根据高速列车的电气特性的设计、验证与展示,研发了一套高速列车综合仿真软件,该软件可以对列车牵引制动特性、列车电气特性以及运行策略进行仿真分析,可以对不同种类高速列车进行仿真分析和验证。在列车运行策略方面,介绍了列车最小时分运行和固定时分运行条件下的运行策略计算流程。最终完成了高速列车电气综合仿真软件的设计,软件在实现牵引/制动曲线设计、列车常态运行仿真外,还增添了运行仿真动画显示和三维仿真的动态显示界面,增加了用户操作的趣味性和真实感。

参考文献

[1]董继维,汪斌,卢琴芬,等.基于Simulink和VC++混合编程的高速列车牵引传动系统仿真软件[J].机电工程,2011,28(12):1519-1522.

[2]汪斌.列车牵引传动系统性能分析和仿真技术研究[D].杭州:浙江大学,2013:35-65.

[3]张曙光.京沪高速铁路系统优化研究[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[4]王月明.动车组制动技术[M].北京:中国铁道出版社.2010.

[5]黄问盈.铁道轮轨黏着系数[J].铁道机车车辆,2010,30(5):17-25,33.

高速列车的重量管理 篇8

随着高速车辆的发展, 对列车重量和车辆的平衡性要求越来越高, 列车重量控制也越来越受到更多的关注。如何管理列车重量信息并反过来服务于设计, 促进设计优化成为列车设计中的一项重要工作。

2 重量管理流程

2.1 预算细化

一份精确而详细的重量预算有利于后期工作的开展。通过重量预算对车辆平面布置图的重量分布进行检查, 预防概念设计时出现车辆平衡性不符合要求的情况。

2.2 收集输出

重量数据的收集是一个整理数据、引导设计、发现问题并解决问题的过程。这一循环应用于列车的每一个部位。这一工作共分为:概念设计时重量计算、详细设计时重量计算和生产时重量校核。

概念设计开始后, 已经粗略的计算各部分的重量, 通过重量计算表将整辆车的数据汇总输出, 根据结果检查车辆是否超重或不满足平衡要求。

详细设计时数据的统计是进一步更准确地来得到车辆的重量信息。

生产开始后得到实际称重报告, 与计算重量相比, 更新重量表, 得到其最终版本。

总的来说, 车辆重量管理步骤如图1 所示。

3 表格设计

重量管理采用excel软件来实现, 重量计算表的结构尤为重要。重量计算表作为统计车辆的重量信息并输出需要的结果工具主要包括输入和输出两大部分。

3.1 信息输入

重量信息的输入包括车辆所有子部件重量信息的收集整理, 通过这些信息使设计人员能够得到需要的整车的重量信息。

(1) 单车重量计算表。此表用车辆的类型来命名。每种车辆都有一个表来统计其子部的重量信息。此计算表必须基于一个现有的车辆部件结构树文件, 单个车辆重量计算表的结构应该此文件的结构一致。对车辆重心计算时必须有一个公共的缺省坐标系, 坐标系的定义如图2 所示。

表内各部件的重量信息以下公式来得到车辆的总重和重心。

其中:W为车辆总重;Wi为车辆各部件的重量

Nx为车辆在x轴方向的扭矩;Ny为车辆在y轴方向的扭矩

Nz为车辆在z轴方向的扭矩;Xi, Yi, Z分别为车辆某一部件重心的坐标值。

X, Y, Z分别为车辆重心的坐标值。

在此表内进行重量计算时, 根据计算精度对各部件的重量设定一个上公差和下公差。

(2) 转向架重量表。表名为”转向架”的重量表是用来统计转向架的重量信息。计算方法同车体计算方法一致。

(3) 载荷重量计算表。表名为”载荷”是用来统计列车载荷的重量信息。它主要包括列车员、水、乘客等的重量和重心。将载荷的重量信息与车体重量和转向架重量通过上面的公式运算以后可以得到需要整车重量信息。

3.2 计算输出

在重量输出表中, 通过计算得到车辆在各个状态下的重量信息, 轴重、重心等。

由输出表中的数据生成每辆车的轴重的柱状图和重心的点状图, 两图与单车的重量信息相关联, 设计人员可以快速的判断车辆的轴重和重心是否满足设计要求。

4 结束语

高速列车气动效应研究 篇9

摘要：基于由3节车组成的CRH3和CRH-380型高速列车模型, 在不同速度条件下, 研究车轮旋转对高速列车及各部分气动阻力和升力的影响, 以及车厢间风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响。结果表明, 车轮旋转的诱导效应对高速列车模型的全车及各部分气动阻力影响较小, 对尾车、各转向架气动升力的影响较大。车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和粘性阻力影响不大。相比于侧风挡, 上下风挡对升力影响更大。建立适用于高速列车的二维模型的雨载荷计算方法。在降雨和无雨条件下, 模型所受横向力、升力和翻滚力矩均随横风风速的增大而增大。相比于无雨条件, 降雨时模型所受的总横向力和翻滚力矩明显增大, 且随降雨强度的增大相应增大。升力在降雨和无雨时变化不大, 且随降雨强度的增大总升力略有下降。采用非定常数值模拟方法系统研究了复杂外形高速列车的底部流动特性, 并针对列车转向架中的旋转结构对于底部流动特性的影响进行了对比分析。列车底部结构的气动阻力是整车气动阻力的重要组成, 列车底部结构的气动载荷对于整车的气动载荷具有重要影响。轮对的旋转效应会对列车气动载荷的非定常特性产生很大影响。基于替代模拟技术和多目标遗传算法进行了高速列车头型多目标有约束气动外形优化设计的研究, 首先采用增量叠加参数化方法对高速列车头型进行参数化设计, 然后以列车气动阻力和尾车气动升力为优化目标, 得到了Pareto最优解集。基于压力波的形成机理和初始压缩波的经验公式, 建立了压力波的“波叠加”的解析分析方法。研究表明一维流动模型和波叠加法能够快速得出多参数下的压力波的平均特性和最不利隧道长度等。三维流动模型能够得到细致的压力波形成机理和列车外部压力的三维特征。波叠加法可作为校验数值方法的一种理论方法和快速进行大量不同列车与隧道参数的比较性研究工具。

关键词：高速列车,气动效应,车轮旋转,暴风雨,优化设计,隧道效应

阅读全文链接 (需实名注册) :http://www.nstrs.cn/xiangxi BG.aspx?id=50900&flag=1