驼峰课件 第五和六章

1、第五章第五章 调速工具和调速方案调速工具和调速方案2010年6月（一）影响推送速度调整因素（一）影响推送速度调整因素u车组长度u车组溜放距离u前后车分歧点u车组走行性能（1）车组长度 当机车以恒定速度推送车列时，车组的长度就决定了相邻车组通过峰顶的间隔时分。根据车组长度规定不同的推送速度： 15辆车的车组， v0 =5km/h 610辆车的车组， v0 =6kmh 10辆车以上的车组， v0 =7kmh。 然后再由其他限制条件对速度进行修正。 （2）车组溜放距离 为使各车组均能溜放至停车地点，对于溜放距离远的车组要求以较高的速度推送。对于停车点近的车组，在考虑了减速器的制动能高后，一般要求以较

2、小的v，开始溜放。 （3）相邻车组分歧道岔位置 相邻车组分歧地点近，在较短的线路区段保持车组的间隔比较容易，因此可以适当提高v。分歧地点越远，它们共同走行的线路区段越长，需要保持合理间隔的时间越长，故要求v0越大。 （4）相邻车组走行性能的差异（难易组合） 前行车组是难行车，后续车组是易行车的组合情况，为了防止后续车组在溜行的过程中缩短遇前行车的间隔距离甚至追及前行车，应该加大它们的过峰间隔，即降低v0。反之，提高推送速度。 （二）间隔调速自动化基本概念及原理（二）间隔调速自动化基本概念及原理 数学模型的建立依据原则： t2+t0t1 式中t1前行车组从进入第一或第二减速器部位（入口）到要求最

3、苛刻道岔轨道电路区段出口端（出端绝缘节或警冲标）的走行时间； t2后续车组从进入第一（或第二）减速器部位到要求最苛刻道岔轨道电路区段入口端（人端绝缘节）的走行时间； t0前后车组进入第一（或第二）部位的时间间隔。 整理给出如下形式: v23十av22十bv2十c=0 减速顶减速顶 减速顶群减速顶群1j2j3j1v2v1j2j3j4j3v4v5v6v7v8v 驼峰车辆自动调速，关键是:使车辆在减速器上获得合适的出口速度v出，即上图中的v2、v4、v6、v8。调整减速器的出口速度v出 车辆在减速器部位上均受到调速，最重要的是调速的结果，即车辆离开减速的速度，故应聚焦在减速器出口速度控制。 间隔调速

4、：调整后行车辆在某些减速器上的出口速度； 目的调速：调整溜行车辆在某些减速器上的出口速度； 如相邻车辆在1j和2j之间的道岔上分路，对后行车辆调速，使它与前行车辆间有足够的间隔，以转换道岔状态（定位、反位）,避免后行钩车追上前行钩车而溜入同一进路； 又如相邻车辆通过下一台减速器2j时，对后行车辆调速，使它与前行车辆间有足够间隔，以改变2j减速器的动作（制动、缓解），避免后行钩车受到2j不正确的动作。以下为定量分析： 第一调速位1j承担间隔调速的任务。 1v2v1j2j3j4j3v4v5v6v7v8v如图0tttx33221231121223122232222 2llllttttttvvvvvv

5、vval 则有3221222322 , 2llkvvvval33310ag iw上式中加速度1j2j1v2v3v0vlvv=f（l）曲线2j 1jt=f（l）曲线3l1l1t2t3txlt0t2l4ltt设01txttkltlvx 上式整理后，得到关于1j出口速度v2的代数方程，即间隔调速的一般模型：322220 vavbvc23123112223212 122 222 22 2 llakavkllbvakvalklalakcval vkk 解出v2即实现了间隔调速。 间隔调速的数学模型是一个三次方程式。如果按模型在控制过程中进行在线实时计算，不仅计算时间长而且必要性也不大。实际上，只要将出口

6、速度分成几个等级进行控制就可以满足保证间隔的运营要求。一般将有关参数分为几个等级，事先脱机计算好出口速度等级，以表的形式存储在计算机中。使用时，在线用查表法取值和对所取值作修正。1 1、影响间隔调速的因素、影响间隔调速的因素前行车离开调速位的出口速度 vo越大，对后行车越有利，反之，则不利。前后车组实际间隔距离 间隔越大，对后行车越有利，反之，则不利。前后车组的难易组合 难易组合对调整不利，易难组合对调整有利。前后车组分歧地点 分歧地点远，对调整不利；分歧地点近，对调整有利。2、调速方法 用重量等级确定初步出口速度。这是一种对每一条调车线根据线路断面和季节的情况模拟一张出口速度的基本表，溜放时

7、根据表里的数据来确定出口速度，用其他因素加以修正的方法。3、点式间隔调速原理图 （三）目的调速自动化基本概念及原理 点式目的调速自动控制系统是通过表征车辆溜放规律的运动方程来计算出口速度的，然后由调速工具对溜放车组调速使其以计算出口速度离开调速位。 减速器调速的期望结果，即车辆计算出口速度主要由溜放距离和车组在这段距离上的溜放阻力两个变量决定。 4v5v6v7v8vkvlv5l6l7l8l9l7w9w3j4j目的调速模型即为一般运动方程式车辆安全连挂速度vk=5km/h=1.4m/s第四调速部位4j承担目的制动。223899992210kkvvalvg iwl 数学模型 其中l为溜放运行距离，

8、 v为速度， w为单位阻力 g=9.5km/h，vk是允许溜放速度。2232210kkvvalvg iw l测距 测阻计 算 机减 速 器调整车辆 速 度自由溜放目 标测速目的调速控制模型 1、车辆走行距离 它是随溜放作业的进行而不断变化着的，因此需要不间断地进行测量。 2、车辆速度 为了对车辆进行调速，必须掌握车辆在整个减速器上的实际走行速度及其变化，测速设备应能连续测量减速器区段的车辆速度并及时反映速度的变化，直至车辆离开减速器为止。 3、车辆运行阻力 在走行距离相同的情况下，对于不同走行阻力的车组要求有不同的初速度。对于点式目的调速系统，这个初速度就是调速位的出口速度，必须在车辆进入调速

9、位前，预先测定车辆离开减速器至停车点的走行阻力。如果货车的走行阻力对特定车组是个常数，可预先测量阻力，即在调速前测量的阻力等于调速后的走行阻力。 大量的测试试验和分析表明，货车走行阻力不仅与车辆走行部分的技术状态、温度、车辆总重、车型等有关外，还与车辆的运动速度、风向、风速等有关，即使同一车辆（车组）运行阻力也不是一个常数，它随着车辆速度等的变化而变化，因此在点式自动化调速系统中，尤其是点式目的调速自动化系统中，对阻力这个参数的测量和处理是影响调速效果的关键所在。 4、车组重量 非重力式减速器需要根据车组重量（平均重量等级）来确定制动力等级。即使是对于采用重力式减速器的站场，重量参数也是有用的

10、。它除了是编制编组作业计划的重要依据外，在测阻有困难时（例如长车组），有时需要用车组重量来估算阻力。 （四）减速器控制基本判别式误差补偿减速器防跳防头拦尾 1、基本判别式 v实v出 制动 v实v出 缓解 v出若是半自动化驼峰则有人工给定 若是自动化驼峰则分为： （1）间隔调速是离散的，分等级得出。 （2）目的调速是连续的，由计算得出。2、误差补偿 由于系统存在延时所以要减速器补偿环节。采用雷达测速时存在测速延时电路中也存在延时造成的误差需要补偿。3、减速器防跳 速度超过一定值时制动 时间超过一定值时制动 适用于长钩车，缩短车组通过咽喉区和占用减速器时间，将前面勾车放过去，后面勾车再制动。4、防

11、头拦尾控制 （五）自动化调速系统误差分析 自动化调速效果主要由系统允许的最大控制误差和实际控制误差决定，在对溜放车辆速度进行自动化调整时，当调速误差小于允许误差时，车辆就能正确溜放并合格（安全）连挂。 自动化系统调速误差按其性质和产生的原因主要可分为两大类： （1）系统本身误差 （2）偶然误差 测长误差、 测速误差、测阻误差、数学模型及计算误差、凋速工具的调速（控制）误差。 第三节 驼峰调速自动化方案分析比较 一、点式调速方案 以减速器作为调速工具的点式自动化调速方案是最早投入运营的一种方案，如果运营条件有利减速器有较长的有效控制距离以及调车线的有效长度不太长时，点式自动化调速方案是一种调速效

12、率高、调速范围大、灵活性好、投资少、动作可靠可以达到较高的调速精度、节省能源、维修工作量不大的较好方案。 点式调速方案适用于要求解体能力大的调车场，但对车辆溜放阻力离散度大、安全连挂速度低、调车线有效长度较长的运营条件，由于需要设置多个减速器调速位，采用全点式调速方案可能由于投资及维修量的剧增致使难于接受。 为了实现对减速器的自动控制，根据运动方程由有关测试设备（测阻、测速、测距、测重）获取溜放车组走行阻力、距离、重量、速度送入什算机运算，输出控制减速器制动或缓解的命令，控制减速器对车组调速使其按计算速度离开减速器，达到打靶调速的目的。 二、连续式调速方案 单从调速效果看，连续地对溜放车组的速

13、度进行调整当然比在几个特定地点调速好，尤其对于允许安全连挂速度低的运营条件和对解体能力要求不高的小能力驼峰调车场，采用连续式调速方案是适合的。 减速顶或加减速顶的全场安装数量十分可观，运营过程中的养护维修工作量亦相当大这也是方案选择中不可忽视的问题。 三、点连式调速方案 点连式目的调速方案是一种点式凋速系统与连续式调速系统有机结合的调速方案。系统一般在调车线的入端设置点式调速工具，在点式调速位之后设置连续式调速工具。 按连续式调速工具的种类与设置位置的不同，点连式凋速方案又可细分为：减速器十减速顶；减速器十缆索牵引加速小车。 四、调速与调车场平、纵断面及运营条件的关系 （一）调速自动化与驼峰平

14、、纵断面的关系 自动化驼峰的加速坡在满足限制条件的前提下应尽量短而陡，这样车辆加速度大。 中间坡除了尽量使难、易行车的溜放时间差最小，以继续保持车组的间隔外，还应使车辆尽快通过此区段，不要发生中途停车的现象。 道岔区坡除了尽可能继续保持车组间必要的间隔外，应使所有车辆能以较高速度通过这个区段，但进入调车线不能超过规定速度。 调车线的坡度对点式调速方案，为了简化计算，除了减速器区段外，最好是一条调车线的坡度不变，这样可使大多数车辆的溜放阻力与坡度相抵消，使减速器有较长的有效控制距离。推送部分的坡度除了能使车钩压紧便于提钩外，还应有利于变速推送。（二）调速自动化与运营条件的关系 l、 车辆（车组）

15、的走行阻力离散度大，控制精度低。 2、允许的最大安全连挂速度低，“打靶”命中率低。 3、调车线有效长度，减速器有效范围不够。 （三）点式调速与运营的关系1、阻力离散变大，v出不标准 差别：目标车体类别，阻力类型不同 同种车体类别，只溜放阻力有差别 各种类型勾车之间阻力差别非常大2、连挂速度低，连挂速率低3、股道有效长度 我国的一般在850m以上，减速器有效控制距离为200m第六章第六章 驼峰调车自动控制系统驼峰调车自动控制系统基础设备基础设备2010年6月主要内容主要内容：本章介绍自动控制系统设备的工作原理和实现途径，重点介绍测阻、测重、测速、测长的工作原理。重点、难点重点、难点：测阻、测重、

16、测速和测长的实现途径和设备的工作原理。 为什么需要基础测试设备？ 为了对解体溜放车辆进行追踪和速度调整 ，除了调速工具之外，还有一整套为了实现自动控制的基础设备，它们是传感器及测试设备。 一、车轮（轮）传感器一、车轮（轮）传感器 用途用途：用于检知车辆到达、计轴、判断车辆运行方向和取代传统轨道电路的作用。 结构结构：机械、光电、无源永磁、有源电子。按它们的工作原理一般可分为两大类： 无源电磁感应踏板 有源电磁感应踏板 （一）无源电磁踏板 无源电磁踏板又称永磁踏板。 无源电磁踏板的优点是设备简单、维修工作量小。试验表明，当车速不低于5km/h通过踏板时，这类踏板的工作是可靠的。但当车速很低时，由

17、于感应信号太小，外界干扰可能造成不能正确检测到踏板信号，造成丢轴事故。 （二）有源电磁踏板 有源电磁踏板一般利用车轮对交变电磁场的作用产生传感信号，有变耦合式和变衰耗式两类。 差动变压器有源电磁踏板 变衰耗式有源电磁踏板 相位调制传感器 差动变压器有源电磁踏板属于变耦合式类型。 变衰耗式有源电磁踏板电子轨头开关踏板，它是一个振荡器，安装在钢轨轨头的圆孔内。 相位调制传感器传感器由发送线圈和接收线圈组成。 差动变压器有源电磁踏板 在变压器铁心上将二次侧的两个绕组经电容器差动连接，在变压器的一次侧加上激磁电源。踏板上方没有车轮经过时，磁路处于平衡状态，差动连接的二次侧的两个绕组中的感生电动势正好相

18、互抵消，输出端输出几乎为零的残留电压（零信号）； 当有车轮经由踏板上方时，铁磁材料构成的车轮破坏了磁路的平衡，使变压器二次侧两个绕组中的感生电动势不再相等，在输出端输出不平衡电压（信号电压），所以可根据有无信号电压输出就可以判断是否有车辆到达。 相位调制传感器传感器由发送线圈和接收线圈组成。 二、力（重力）传感器 力（重力）传感器的作用是将车辆（车轴）的重力转换成电信号。 应变电阻作为重力传感器是利用金属导线纵向受力被拉伸或压缩时，金属产生弹性形变，它的电阻值将发生变化的特性。 压磁重力传感器是一只特殊的变压器。此传感器是利用冷轧硅硅片这种铁磁材料的磁弹性效应将重力信息转换成电信号。 铁芯由一

19、定数量的压磁材料冲片用特殊材料粘结后再经过一定机械加工而成。 四个孔中间部分分为a、b、c、d四个区域，根据四个区域受力变化与磁通变化的关系来测重。测重设备 用途：控制非重力式减速器的必不可少的依据；在减速器十减速顶的点连式调速系统中，减速顶对车辆的减速作用的大小和车辆重量直接相关；人工或自动编制编组计划时也需要车辆重量信息作参考；判定车辆走行阻力的辅助参数。 测重一般是通过测车辆轴重实现的。 测重设备的用途： 1外力式减速器使用 2牵引重量的参考值 3以重代阻（判断难易车） 传感器安装地点为第一分路道岔前。 （1）机械应变测重器 原理：利用车辆压在钢轨上，钢轨产生机械变形，由连接在钢轨上的机

20、械接触点来反映车轴的重量信息。 （2）应变电阻测重 测重器包括两个应变电阻传感器，将应变电阻接入惠斯顿电桥。当有车轮通过传感器上方时，钢轨受到的剪切应力传递给钢套简，由于应变电阻阻值变化破坏了电桥的平衡，使其输出一个正比于压力的电信号，对其测量取得轴重信息。 （2）应变电阻测重 载波放大器相敏检波器供桥放大器直流放大器 滤波器 振荡器 传感器平衡调节内桥电桥 硅力敏电阻测重传感器有测重输出信号较大，信号处理比较简单的优点，但有传感器易受温度影响，需要增加温度补偿等缺点。 （3）压磁传感测重 压磁测重传感器的安装在钢轨轨腰打孔，当被测车辆的车轴经由测重传感器上方时，传感器输出正比于车轴重的交流电

21、压信号。 图中的电路将电压分为四级。传感器二次线圈输出的交流信号经滤波、相敏整流、平滑后转换成直流电压，四个电压鉴幅器（每一个对应一级重量等级）对轴重分级，动作相应的重量继电器（1zj、2zj、3zj、4zj）。 传感器输出的模拟信号首先作预处理、然后进行分级，平均重量等级信息随车组溜放传递。这些工作可以由继电电路完成，也可以由计算机完成。 （4）车辆轴重信号处理 当由计算机处理测重信息时（轴重分级、车辆和车组重量分级、车组平均重量等级传递等）， 预处理后的侧重模拟信号经模数转换器转换成测重数字量信号，通过io接口送入计算机。i/o接口a/d变换器测重信号处理电路压磁传感器微机 计算机计量轴重

22、数字量信号，将一辆车的所有轴重累加求取车辆重并作车辆重量分级，可以分为四级或更多，再根据每辆车的平均重量等级求车组平均重量等级。 为了得到车组平均重量等级，先将不同组合的车组（一般不超过五辆），按重量计算并列表，根据列表得到车组的平均重量等级。 （5）车组平均重量等级的传递 压磁测重传感器一般只在溜放线靠近峰顶处设置（每条溜放线一套），而各调速位都需要车组平均重量等级信息。车组平均重量等级信息要随车组的溜放传递到各调速位。 车组平均重量等级传递关系示意图车组平均重量等级传递关系示意图 平均重量n2n1 重量传递c级b级a级10道岔 重量传递b级a级n2重量传递b级a级n110测阻设备 车辆走行

23、阻力正比于加速度。由列车牵引计算得到车辆运行阻力w与运动加速度a的关系： 式中 g考虑了车轮转动惯量的重力加速度。/wa g/(1420 /)ggn q测阻踏板安装示意图l1l2ltp1tp2tp3tp4 测阻设备的目的是目的测速计算出口速度。测阻设备安装在第部位前。 原理： a=v2-v1/2 w总=i w风 w基 w总测试总阻力 w风风阻力 w基基本阻力 i坡度的当量阻力 w车辆运行阻力 a运行加速度 g考虑了车轮转动惯量的重力加速度v1,v2车辆在测阻区段始端和终端的速度 a=(v均2-v均1)/t=(v均2-v均12)/2l 式中： t1车轮从tp1到tp2的时间； t2车轮从tp3到

24、tp4的时间； t车轮从tp2到tp4的时间。 在自动化调速系统中，通常由计算机以中断方式采集经预处理的踏板信号，计算测量阻力。 用以测量溜放车组在溜放中所受“合力”的装置。合力指运动方向上“下滑力”与“反向阻力”的合力。 测速设备 作用：测速是指对处于调速位上的溜放车辆速度的测量。 方法：利用轨道踏板测速、刻槽钢轨测速、激光测速、超声波测速、雷达测速等、其中踏板、刻槽钢轨、雷达等测速设备均得到应用。尤以雷达测速器在国内外应用最为广泛。 技术要求： 1、测速距离不小于调速位的长度； 2、能连续测量车辆在整个调速位的走行速度； 3、满足自动化调速系统对测速精度的要求； 4、设备能在铁路现场苛刻的

25、环境条件下稳定可靠地连续工作; 5、现场安装满足铁路限界要求。 一、多普勒雷达测速原理 多普勒效应：声学中存在这样一种现象，当声源和听觉器官做相对运动时听觉器官感觉到的声音频率不再是声源发出的频率，而是增大或减小了的声音频率、这种现象称多普勒效应。多普勒效应同样也存在于超高频电磁波的传播中，频率的变化量与相对运动的速度成正比，这就是多普勒原理。 当采用3cm雷达时，f1等于9375mhz，可以通过测量多普勒频率fd达到测量车辆速度的目的。1f2fv 多普勒雷达是利用多普勒原理测速的。雷达天线向运动车辆发射频率为f1的超高频电磁波能束。超高频电磁波具有光学性质，当遇到车辆时将发生反射，由于多普勒

26、效应的存在，使反射频率不再是f1而变成了f2。f1 和f2之差称多普勒频率fd。 fd=|f1-f2|=2f1vcosa/c=kv 式中： f1雷达天线发射电磁波频率 c电磁波在空气中的传播速度 v车辆速度 a电磁波与溜放方向夹角 上式定量地给出多普勒频率与车辆速度的线性关系。根据此式可以通过测量多普勒频率fd达到测量车辆速度的目的。 高频部分电源轨道开关三公分发生器多谱勒放大器隔离器 平衡混频器 定向耦合器衰耗器 频率计或电子计算机环行器天线多普勒雷达测速系统结构框图 二、雷达测速器工作原理 雷达测速器由高频部分（微波系统）和多普勒信号处理两部分组成。（一）高频部分 1、雷达天线 雷达天线的

27、主要作用是将超高频电磁波能来向空间定向发射和接收传向天线的超高频电磁波能束、发射时应使电磁波能量尽可能集中在发射方向上。2、体效应振荡器 体效应晶体振荡器的核心部件是体效应二极管。 3、混频器 混频器实现求取发射电磁波频率与反射电磁波频率的差频信号。 4、环形器及隔离器 环形器起发送、接收隔离作用。5、定向耦合器 定向耦合器是用来分支微波功率的。 6、衰减器 衰耗器又称微波电阻。它是用来消耗微波功率吸收微波能量的微波器件。 7、标准三公分矩形波导 波导管用于连接各种微波元器件，相当低频电路中的导线。 （二）低频部分 低频部分的处理主要分为两步：多普勒信号的预处理（放大整形）和频率测量。 1、多

28、普勒放大器 用于放大多普勒信号的多普勒放大器（兼整形）。 2、多普勒信号频率测量原理 根据调速系统的需要，多普勒信号的测量结果可以用确定模拟系数的模拟量表征，也可以用数字量表征。 以模拟量计量频率的基本过程用被处理信号的波形表示。 从室外送来的多普勒信号（带有传输干扰的方波）经输入整形滤去干扰再经微分转换成窄尖脉冲并整形成等宽和等幅的电流脉冲（近似窄矩形脉冲），其重复频率等于多普勒信号频率。电流脉冲送至积分电路积分，输出正比于脉冲重复频率的模拟电压。 8mm多普勒测速雷达设备框图： 高频部分及多普勒放大器设于测速现场。视天线尺寸（由使用的波长决定），设于轨道中心的高频密封箱中（适合尺寸较大的）

29、或设于道旁（适合于尺寸小的）。 测长（测距）设备测长（测距）设备测长用于测量调车线连续的空闲长度。作用：1作为目的调速计算出口速度 2解体计划参考数据基本要求：1精度：误差小于10m 2长度随车组平稳变化 3满足测长范围长度有两种情况：1静测长 2动测长一、实现测长的途径一、实现测长的途径 1、短轨道电路、轨道踏板测长 短轨道电路测长是将所需测长的线路划分成若干段长度相等的短轨道区段。 l空nl 式中 n连续空闲的轨道区段数； l短轨道区段长度。 短轨道电路测长示意图l 在测长区段的始端装设轨道踏板，用于检测车辆的到达。 l空=l-145*n/4 其中： l调速位出口至调车线尾端的距离 n进入

30、调车线的车轴数 计轴测长的测量误差主要有车辆的安全连挂率决定。 轨道踏板测长，在测长线路的一根轨条等距离地安装轨道电磁踏板。 上述两种测长方法的测量精度是与短轨道电路区段长度和相邻踏板的距离直接相关。测量误差小于等于区段长度或踏板距离。 2、踏板计轴器测长 在测长区段的始端装设轨道踏板，用于检测车轴的到达。通过计油设备记录通过踏板的车轴数。按四轴为一辆车，每辆车按 14.5m换算进入调车线的车辆长度，由下式求取调车线空闲长度： l空=l一14.5*n/4 3、利用轨道电路参数测长 当在测长线路区段装设轨道电路时，由于轨道具有分布电路参数，其轨端的输入阻抗与轨道电路短路长度有关，利用轨道参数可以

31、达到测试轨道电路区段短路点的长度。r/2u1u2r/2l/2l/2gc 二、利用轨道电路参数测长原理二、利用轨道电路参数测长原理 具有分布参数的交流轨道电路可以用等效电路描述。四端网输入输出关系式为： u1=u2chli2z0shl i1=u2chl/z0i2chl 式中 轨道电路传播常数 z0 轨道电路特性阻抗 l轨道电路长度 鉴于钢轨线路的导纳中，容性电纳与电导相比要小的多，在轨道电路的频率小于1000hz时，轨间电容c与电导g相比较时，可以被忽略，这时和z。分别为 2= g（r+jl） zo2= （ r+jl）/g 当轨道电路区段的终端被短路时， u1=i2zoshl i1=i2chl 轨道电路输入阻抗： z= u1/ i1= z0thl 结论：交流轨道电路的短路输人阻抗与短路点距离（空闲长度）之间是一种非线性的函数关系。处理这个非线性函数的方法一般有两种。其一是限定在一种特定的条件下用线性模拟或采用折线逼近非线性曲线的方法；其二是采用高次方程对非线性曲线逼近的计算方法