列車防風安全監測及控制設備的製作方法

2023-07-20 13:31:36

專利名稱：列車防風安全監測及控制設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於列車防風安全監測及控制技術領域。
背景技術：
目前，隨著鐵路跨越式發展，我國高速鐵路、客運專線等的建設速度大大 加快。對於鐵路運輸而言，行車安全是第一位的。高速列車運營的安全性，是 我國乃及全世界鐵路部門都予以重視的問題。隨著列車行駛速度的提高，列車 的空氣動力學問題變得更加突出和重要。高速列車運行時，由於升浮力的產生， 使得風載對列車的影響隨著列車速度的增加而顯得越來越明顯，特別是側向風載，它會嚴重影響列車運行的安全性、穩定性和舒適性。1997年以前，我國各 鐵路分局對於大風的監測主要依靠車站人工感覺，憑藉經驗上報風力，測報準 確率十分低。後來，隨著科技的發展，各個分局也配備了 EL型固定式測風儀和 DEM型輕便測風儀，儘管這樣一來測報的準確率有所提高，但是受科技水平限制， 儀器的損壞率及數據的準確性等問題依然較為嚴重。風載可以使得行駛中的列 車產生共振，引起乘客的不適，導致車輛結構的疲勞^C壞。當風載達到一定程 度時，可能會使列車橫擺超限、脫軌，甚至出現翻車和人員傷亡事故。對於某 些特定的列車行駛環境，比如橋梁、山區風口地段、路堤等，由於列車的流場 明顯改變，導致氣動力顯著改變，脫軌等事故發生的可能性就更高。由於對風 載的測報不夠準確、防風監測以及控制系統不夠完善等原因造成的重大傷亡事 故都說明一個問題建立一套準確、及時、可靠的列車防風安全監測及控制系 統，對於避免此類事故的再生以及提高鐵路運輸的安全性、可靠性和穩定性等 方面是至關重要的。國際上現有的列車防風安全監測及控制系統主要分為兩種 模式 一種是德國鐵路所採用的Nowcasting系統，1998年德國鐵路 (DeutscheBahn)開發出了一套智能短期風報警系統(Nowcasting),其重要功能 是通過對鐵^^沿線上強側風的預測，來確定受到側風影響的列車的最大允許速 度，並且控制列車在該速度下運行以確保安全。在列車運行時，沿著線路布置 的測風點不斷將最新監測到的風信號傳送給系統，然後通過預測模型預測列車 運行前方的風向以及風速，並根據預測的情況、車型和線路情況來確定列車的 最高運行速度。最後，通過列車控制系統控制列車的運行速度。這種模式的缺
3點是局限性較大，只能進行短期風載的預測，而且其預測是純粹基於在線路上 布置的風測點所收集和測量到的數據，再者，此系統在列車處於臨界瞬態速度 時，會產生短時期內頻繁波動的現象，影響行車安全性，靈活性也不夠理想， 而且沿線布置測風點會大大增加投入，維護難度也較大，在某些環境下布置合
適的測風點有一定的難度；另外一種是日本鐵路在2000年開發的WINDAS強風 預警系統，其目的是在保證安全的前提下提高鐵路運輸的效率。此種系統的工 作原理為首先預測沿線大風情況，分析計算列車所能夠達到的臨界運行速度， 如果瞬態實際運行速度超過了此臨界速度，那麼就在說預測的時間點(或者時 間段)之前進行風管制(即防風操作過程)，使得列車在處於預測點的時候其瞬 態運行速度低於分析計算得到的臨界運行速度，列車就相應處於一種安全的狀 態。此種預警系統對風載的監測是由布局在全國各地(重點是日本暴風雨天氣 較多的中西部地區)的測站來完成。這種模式的缺點是在速度、效率和安全性 三者之間難以做到較高的平衡，在追求速度和效率的同時會喪失安全性保證， 反之，追求安全有效就回喪失效率。而且由於自然環境的瞬息萬變，會導致系 統處於一種不斷更迭的狀態之中，長期下去會影響系統的穩定性和使用壽命。 最後，本系統與德國的Nowcasting系統一樣，都存在測風點布置的困難以及整 個系統成本的提高。因為在整個鐵路沿線或者固定的位置布置測風點，對於我 國這樣一個幅員遼闊的國家而言，可行性不夠高，所以需要改進。

實用新型內容
本實用新型的目的就是提供一種列車防風安全監測及控制設備，該設備的 構造成本低，檢修維護方便，對列車所在位置的風壓、風向檢測準確，可以有
效地對行駛中的列車的風載進行安全監測，並自動控制列車運行速度，保證列 車的安全高速運行。
本實用新型實現其發明目的，所採用的技術方案是 一種列車防風安全監 測及控制設備，其結構特點是在列車上安裝總控計算機、與列車的制動系統 相連的列車速度自動控制系統、全球衛星定位儀，並在車體上至少安裝一套測 風儀；測風儀、全球衛星定位儀、列車速度自動控制系統均與總控計算機相連。
本實用新型的工作過程和原理是
由列車上安裝的全球衛星定位儀檢測出列車在線路上運行的當前位置數 據，並將該位置數據輸送給總控計算機，並由車體上安裝的至少一套測風儀檢
測出列車所在當前位置的風壓、風向，並將該風壓、風向數據輸送給總控計算 機。
總控計算機根據所收到的列車位置數據，並從其存儲的線路資料庫中調出 當前線路狀態數據及車型數據，再結合所收到的當前位置的風壓、風向數據， 計算出列車當前時刻所允許的最高運行速度，並將該最高運行速度送入列車速 度自動控制系統。
列車速度自動控制系統則將其檢測到的列車當前運行的實際速度與所收到 的最高運行速度進行邏輯判斷，當實際速度大於最高運行速度時，列車速度自 動控制系統輸出控制信號控制制動系統動作，降低列車運行速度至低於最高運行速度；否則，列車速度自動控制系統不輸出控制信號，列車正常運行。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是
將測風儀安裝在列車上，實時監測出列車當前位置的風向、風壓，較之在
鐵路沿線安裝測風儀，測風儀的數量降低，明顯降低了構造與維護成本；並且 由於風向、風壓是在列車當前位置測得的實際數據，列車被控制的速度僅與其 當前位置的風壓、風向相關，檢測準確、反應精確；既能確保安全，又能使列 車不被錯誤限速，列車運行速度快；而現有在地面上定點安裝測風儀，則難以 兼顧列車的安全與高速運行。並且測風儀、總控計算機均安裝在車上，相互之 間採用線連接方式傳輸數據，較之地面安裝數據測風儀二者通過無線發射傳送 數據，本實用新型的數據傳輸成本低，傳輸幹擾小，快速準確，可靠性強，也 提高了列車行駛的安全性和效率。
以下結合附圖和具體的實施方式對本實用新型作進一步的描述。


圖l是本實用新型實施例的結構示意圖。
具體實施方式
實施例
圖1示出，本實用新型的一種具體實施方式
為， 一種列車防風安全監測及 控制設備，其組成是在列車上安裝總控計算機CC、與列車的制動系統B相連 的列車速度自動控制系統ATC、全球衛星定位儀GPS,並在車體上至少安裝一套 測風儀TW;測風儀TW、全球衛星定位儀GPS、列車速度自動控制系統ATC均與 總控計算機CC相連。
本實用新型所使用的測風儀TW、列車速度自動控制系統ATC及全球衛星定 位儀GPS均可以直接釆用現有的成熟產品。這樣，本實用新型的構造實施容易， 性能穩定、可靠。
本實用新型在實施時，總控計算機分析計算最高運行速度，其判別法則或 傳遞函數的確定，需綜合考慮以下因素首先根據各項監測數據、歷史氣象資 料、線路情況及列車本身的參數(如車型、結構參數等)，運用空氣動力學理論 確定列車在不同風載情況、不同運行速度和不同線路情況下列車的升浮力及側
度，這樣就從理論上確定了最高允許速度與風載情況、線路狀態、車型等之間 的傳遞函數。在實際運行中，由於風載等影響因素存在隨機性，會不可避免的 導致誤差，因此，總控計算機給出的最高安全速度應該保留合適的安全餘量。
權利要求1、一種列車防風安全監測及控制設備，其特徵在於在列車上安裝總控計算機(CC)、與列車制動系統(B)相連的列車速度自動控制系統(ATC)、全球衛星定位儀(GPS)，並在車體上至少安裝一套測風儀(TW)；測風儀(TW)、全球衛星定位儀(GPS)、列車速度自動控制系統(ATC)均與總控計算機(CC)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種列車防風安全監測及控制設備，其組成是在列車上安裝總控計算機(CC)、與列車制動系統(B)相連的列車速度自動控制系統(ATC)、全球衛星定位儀(GPS)，並在車體上至少安裝一套測風儀(TW)；測風儀(TW)、全球衛星定位儀(GPS)、列車速度自動控制系統(ATC)均與總控計算機(CC)相連。該設備的構造成本低，檢修維護方便，對列車所在位置的風壓、風向檢測準確，保證列車的安全高速運行。
文檔編號B61L27/00GK201073976SQ20072008130
公開日2008年6月18日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者濤 崔, 張衛華, 田光榮 申請人:西南交通大學