车辆减速器单位制动能高的计算与统计

邱战国 邢群雁 胡 淼

车辆减速器单位制动能高的计算与统计

邱战国 邢群雁 胡 淼

邱战国：中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员100081 北京

邢群雁：中国铁道科学研究院通信信号研究所 助理研究员100081 北京

胡 淼：中国铁道科学研究院通信信号研究所 研究实习员100081 北京

摘 要：提出了一种实用的车辆减速器单位制动能高的计算与统计方法，能够通过能高曲线直观反映减速器的单位制动能高值，对于实时监测减速器制动能力具有重要意义，为现场维修人员适时对减速器维修提供了参考依据。

关键词：车辆减速器;单位制动能高;计算与统计

驼峰车辆减速器 (以下简称减速器)是自动化驼峰编组场的重要调速设备，其性能和可靠性直接关系到调车安全和运转效率。单位制动能高是减速器的主要性能指标之一，直接反映减速器制动能力的大小。长期以来，电务维修人员通常是通过借助驼峰控制系统的速度曲线间接判断减速器制动能力的大小，但这种方法很不直观，如果需要准确计算减速器单位制动能高还需要进一步的人工计算，操作起来极不方便。为了保证减速器制动能力，维修人员只能根据经验，定期对减速器开口进行调整，无法做到状态修。

1 理论基础

减速器制动能高的测试方法有2种：第1种是分别测出车辆进入减速器的入口速度和经全制动后的出口速度，按公式 (1)、(2)计算制动能高Hz和单位制动能高h;第2种是测出单台减速器对单个车辆制动时的减速度a，按公式 (3)、(4)分别计算单位长度制动能高h和制动能高Hz。

式中：Hz为减速器的制动能高 (m);vr为车辆进入减速器的入口速度 (m/s);vc为车辆离开减速器的出口速度 (m/s);g'为考虑车辆转动部分转动惯量影响的重力加速度，一般取g'=9.7 m/s2;Hp为减速器测试区段线路的高差 (m)，由现场实测;Hzh为被测车辆阻力换算成的能高 (m);h为减速器单位长度制动能高 (m/m);L为减速器有效制动长度 (m)。

式中：a为单台减速器对单个车辆制动时的减速度 (m/s2);hp为减速器测试区段坡度换算成单位能高 (m/m)，一、二部位一般按8.0×10－3～9.0×10－3m/m计算，三部位一般按2.5×10－3～3.0×10－3m/m计算;hzh为减速器测试区段车辆走行阻力换算成单位能高 (m/m)，取值范围是1.5×10－3～2.5×10－3m/m。对安装于调车线的目的制动减速器，hp≈hzh。

使用方法1测试时，要求车辆应通过全制动状态的减速器，否则无法确定减速器的有效制动长度L，进而无法计算减速器单位制动能高h。在正常的溜放作业过程中，各种情况都有可能，车辆通过全制动状态的减速器只是一种特殊情况，不具备普遍性，不便于减速器单位制动能高h的计算与统计。为此采用方法2作为理论基础进行计算和统计。

2 具体算法

2.1 静态算法

利用驼峰自动控制系统速度曲线计算减速度a的方式对减速器单位制动能高h进行计算。速度曲线如图1，它记录的是溜放车辆制动过程速度变化曲线，横坐标为时间 (s)，纵坐标为车辆经过减速器时的速度 (km/h)。图中可以清晰地看到速度平稳下降的光滑曲线，可根据特定时间内的速度变化计算出该车的减速度a。选择单辆车被制动时计算机打印的雷达数据表，求出其2个车轮在减速器上的减速度a和单位制动能高h。主要计算过程如下：

式中：a为车辆的减速度 (m/s2);Δv为前后测点速度差 (m/s);Δt为前后测点时间差 (s)。

图1 驼峰自动控制系统速度曲线

2.2 动态算法 (实时算法)

静态算法是从宏观上考虑，能够从整体上反映减速器单位制动能高h的大小，对于测试具有重大指导意义。但是这种方法需要对速度曲线进行后期人工计算处理后方可得出结果，而且不能够实时反映减速器单位制动能高h的大小。

动态算法是在静态算法的基础上对减速器单位制动能高h的一种改进算法，能够反映某一时刻减速器单位制动能高h的大小。它是利用自动控制系统雷达数据报表计算减速度a的方式对减速器单位制动能高h进行计算。驼峰自动控制系统从溜放车辆进入减速器轨道电路区段开始对车辆溜放速度进行采样，每隔一定的时间间隔采集一次，与雷达数据报表采样数据一一对应，滤波数据为修正后的采样数据，计算时以采样数据为准。主要计算如下：

式中：ai为第i个采样点至第i+1个采样点区间车辆的减速度 (m/s2);vi+1为第i+1个采样点溜放车辆的速度 (km/h);vi为第i个采样点溜放车辆的速度 (km/h);ti+1为第i+1个采样时刻;ti为第i个采样时刻。

由于驼峰自动控制系统对溜放车辆速度采样的间隔是固定的，一般为 100ms，即 ti+1－ti=100ms，因此可将式 (7)简化为 (8)式：

式中：hi为第i个采样点至第i+1个采样点区间减速器的单位制动能高 (m/m)。

在式 (9)中，g'是常数，对于一个具体的驼峰场，hp和hzh也是已知的，因此利用雷达数据报表中的采样数据完全可以统计出从第i个采样点至第i+1个采样点区间减速器的单位制动能高hi。利用该算法，便可轻松统计减速器单位制动能高的实时数据，通过相关软件或在现有驼峰控制系统软件的基础上稍加改进，便可以绘制出减速器的单位制动能高曲线。

3 具体算法补充说明

1．由于减速器的单位制动能高反映了减速器制动能力的大小，也就是说只有减速器对溜放车辆进行制动时，利用上述理论计算的数值才有意义。对于溜放车辆已经进入减速器区段但是尚未进入减速器位置期间，或者溜放车辆已经出清减速器期间，计算出的减速器的单位制动能高数据为无效数据，没有参考价值。

2．对于由于雷达波动引起的采样数据变化记为无效数据。

3．对于重复制动过程中计算出的减速器的单位制动能高数据不能完全反映减速器制动能力的大小，这些数值仅供参考。因为减速器的重复制动过程是包含制动到缓解或缓解到制动的过程，减速器只有在达到全制动位置时，上述理论计算的数值才能反映减速器制动能力的大小。

4．对于驼峰自动控制系统速度曲线上速度明显下降的区段为有效数据区段，可作为减速器制动能力大小的判定依据，有重复制动的区段应除外。

5．对于减速器的单台制动和2台串联制动，上述理论计算公式中不进行区分。通过对单位制动能高参考值进行划分，单位制动能高参考值分别为0.12 m/m和0.24 m/m，当计算值在 0.12～0.24 m/m之间时，为单台减速器对溜放车辆进行制动;当计算值大于0.24 m/m时，为2台串联减速器同时制动。

6．对于有效计算值小于0.12 m/m的减速器应查明原因，重点关注。如果是外部原因引起，如下雨、薄轮、油轮、盐卤车、雷达采样数据跳动，应通知车站作业人员合理控制;如果是减速器自身原因，应及时调整减速器开口。

7．根据统计学原理，单个数据或少量数据具有随机性，不能真实反映减速器单位制动能高，需对一段时期的减速器单位制动能高有效数据进行统计，才具有指导意义。

8．本算法仅适用于对单个车辆制动，对于单个车辆制动能够真实有效的反映减速器单位制动能高的大小，对于2辆及大组车无效。

4 理论验证

现场实际测得某驼峰场驼峰自动控制系统J320道雷达速度曲线和速度报表，根据式 (9)计算第i时刻减速器单位制动能高数值hi，绘制曲线如图2所示。根据雷达速度曲线图，在采样点26至48的区段内，减速器处于制动状态，溜放车辆速度下降明显，曲线相对平稳，因此该区段计算的减速器单位制动能高数值hi能够直接反映减速器制动能力的大小。在图2的基础上，对采样点26至48的区段的曲线进行放大处理，可得图3。从图3可以看出，减速器的单位制动能高值绝大多数大于0.12 m/m，且有相当一部分大于0.24 m/m，说明J320道减速器单位制动能高符合设计要求，其制动能力能够满足现场的使用，目前不需对减速器的开口进行调整。

5 结论和建议

1．利用本文所提供的算法，可较方便地计算与统计减速器单位制动能高的实时数据，通过相关软件或在现有驼峰控制系统的基础上稍加改进，便可以绘制出减速器的单位制动能高曲线。简单实用，具有可操作性。

2．减速器的单位制动能高曲线能够实时反映减速器制动能力的大小，对现场维修人员具有重要指导意义，通过对一段时期统计有效的减速器单位制动能高值或曲线进行分析，可以判断减速器是处于良好状态、需要开口调整还是需要进行减速器大修更换，为适时对减速器维修提供了参考依据。

3．建议现有驼峰控制系统增加绘制单个车辆制动时减速器的单位制动能高曲线功能。

［1］李岱峰，郭祥熹，张朴．T·JK T·JY系列车辆减速器［M］．北京：中国铁道出版社，2002．

［2］铁道部铁道行业标准．TB/T 2845－2007车辆减速器技术条件［S］．2007，12 ．

［3］栗学人．TBZK型驼峰自动控制系统［J］．铁道通信信号，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

(责任编辑：张 利)