第七讲速度监控原理PPT课件

1、2021/6/71 第七讲第七讲 速度监控原理速度监控原理 1. 列车牵引力列车牵引力 列车牵引力列车牵引力是使列车产生前进运动，并可以是使列车产生前进运动，并可以由司机根据需要来控制的外力。它是由机车产生，由司机根据需要来控制的外力。它是由机车产生，依靠机车动轮与钢轨的黏着作用在机车动轮踏面依靠机车动轮与钢轨的黏着作用在机车动轮踏面上的外力。上的外力。 牵引力牵引力可由各种机车的可由各种机车的牵引力一速度特性牵引力一速度特性曲曲线来表示。线来表示。 一、影响列车运行的因素一、影响列车运行的因素列车牵引力、列车阻力、列车制动力列车牵引力、列车阻力、列车制动力2021/6/72 在列车运行中产生

2、的、始终存在的、与列在列车运行中产生的、始终存在的、与列车运行方向相反、阻止列车运行且不能被操纵车运行方向相反、阻止列车运行且不能被操纵的外力叫的外力叫列车运行阻力列车运行阻力，简称，简称列车阻力列车阻力，以字，以字母母 W 表示。作用在机车和车辆上的阻力，分别表示。作用在机车和车辆上的阻力，分别叫做叫做机车阻力机车阻力 W 和和车辆阻力车辆阻力 W” ，因此，列，因此，列车阻力车阻力 W W W ”。 按引起阻力的原因分类，列车阻力按引起阻力的原因分类，列车阻力可分为可分为基本阻力基本阻力和和附加阻力附加阻力两类。两类。2. 列车阻力列车阻力2021/6/73 基本阻力基本阻力是指列车在任何

3、线路（平直道、是指列车在任何线路（平直道、坡道或曲线等）上运行都存在的阻力。坡道或曲线等）上运行都存在的阻力。 产生基本阻力主要原因：产生基本阻力主要原因： 机车、车辆轴颈与轴承之间的摩擦阻力；机车、车辆轴颈与轴承之间的摩擦阻力； 车轮在钢轨上滚动产生的阻力；车轮在钢轨上滚动产生的阻力； 车轮与钢轨间的滑动摩擦阻力；车轮与钢轨间的滑动摩擦阻力； 冲击振动产生的阻力；冲击振动产生的阻力； 空气阻力等。空气阻力等。2021/6/74 附加阻力附加阻力是指列车在某些特殊线路上运行时，是指列车在某些特殊线路上运行时，除基本阻力外所增加的阻力。除基本阻力外所增加的阻力。 附加阻力产生的原因：附加阻力产生

4、的原因： 列车在坡道上运行时的坡道附加阻力列车在坡道上运行时的坡道附加阻力 WiWi； 通过曲线时的曲线附加阻力通过曲线时的曲线附加阻力 WrWr； 列车起动时的起动附加阻力列车起动时的起动附加阻力 WqWq； 通过隧道时的隧道空气附加阻力通过隧道时的隧道空气附加阻力 WsWs等等。等等。 列车在平直道上运行时只有基本阻力，没有列车在平直道上运行时只有基本阻力，没有附加阻力。附加阻力。 2021/6/75 3 .3 .列车制动力列车制动力 1 1）制动力的产生）制动力的产生 由司机操纵制动装置而产生的可以控制的由司机操纵制动装置而产生的可以控制的阻止列车运行的外力，称为阻止列车运行的外力，称为

5、制动力制动力。 制动力制动力是人为施加的、根据需要大小可调是人为施加的、根据需要大小可调节的、与列车运行方向相反的列车阻力。节的、与列车运行方向相反的列车阻力。 列车制动的目的是调节列车速度或使列车列车制动的目的是调节列车速度或使列车停车。停车。2021/6/76 就机车而言，制动力就机车而言，制动力可以由可以由机械制动装置机械制动装置或或电气制动装置电气制动装置两种方式来产生两种方式来产生. . 至于车辆制动力，至于车辆制动力，普遍是由普遍是由机械制动机械制动来产来产生。生。 产生列车制动力的方法产生列车制动力的方法很多，除了广泛使很多，除了广泛使用的闸瓦制动以外，还有盘形制动、电阻制动、用

6、的闸瓦制动以外，还有盘形制动、电阻制动、再生制动、液力制动、磁轨制动、涡流制动等。再生制动、液力制动、磁轨制动、涡流制动等。 2021/6/77闸瓦制动（踏面制动）闸瓦制动（踏面制动）2021/6/78盘型制动盘型制动2021/6/79 2 2）制动力的形式）制动力的形式 列车制动力和牵引力形成的基本原理是相同的，都列车制动力和牵引力形成的基本原理是相同的，都是依靠轮轨间的黏着作用。是依靠轮轨间的黏着作用。 形成牵引力形成牵引力时必须有由动力装置作用于轮对的力矩时必须有由动力装置作用于轮对的力矩 M MF F，该力矩通过钢轨与动轮的静摩擦力产生向前的推进，该力矩通过钢轨与动轮的静摩擦力产生向前

7、的推进力力F F ，与列车运行方向相同。与列车运行方向相同。 形成制动力时，形成制动力时，轮对在滚动的情况下，依靠闸瓦压轮对在滚动的情况下，依靠闸瓦压力的作用产生一个阻止轮对正向转动的反力矩力的作用产生一个阻止轮对正向转动的反力矩 M Mb b ，钢，钢轨作用于动轮的静摩擦力轨作用于动轮的静摩擦力B B ，其与列车运行方向相反。其与列车运行方向相反。 2021/6/710 3 3）列车制动分类）列车制动分类 依其作用条件和性质的不同，列车制动作依其作用条件和性质的不同，列车制动作用方式可分为用方式可分为常用制动常用制动和和紧急制动紧急制动两种。两种。 常用制动常用制动是指列车在是指列车在正常运

8、行正常运行的情况下，的情况下，依调速需要而依调速需要而随时随时可以使用的一种制动方式。可以使用的一种制动方式。 紧急制动紧急制动只是在某些只是在某些偶然偶然遇到的特殊情况遇到的特殊情况下，要求列车在最短的距离内立即下，要求列车在最短的距离内立即停车停车时才使时才使用的制动方式，也称为用的制动方式，也称为非常制动非常制动。2021/6/711 4 . 4 .列车运行状态与外力的关系列车运行状态与外力的关系 牵引力、阻力、制动力一般并非同时作用在列车牵引力、阻力、制动力一般并非同时作用在列车上，其组合情况将随线路状态和机车工况的变化而不上，其组合情况将随线路状态和机车工况的变化而不同。如以同。如以

9、C C表示列车所受到的合力（以牵引力方向为正表示列车所受到的合力（以牵引力方向为正值），则：值），则： 1 1）牵引运行时，）牵引运行时，机车牵引力机车牵引力 F 和列车运行阻力和列车运行阻力 W 同时作用于列车，列车合力为同时作用于列车，列车合力为 CFW 2）惰力运行时，）惰力运行时，列车只受到运行阻力列车只受到运行阻力 W 的作用，的作用，其合力即为运行阻力其合力即为运行阻力 C W 3）制动运行时，）制动运行时，列车制动力列车制动力 B 和列车运行阻力和列车运行阻力 W 同时作用于列车，列车合力为同时作用于列车，列车合力为C （ W + B ) 2021/6/712 由于牵引力由于牵引

10、力 F 、列车运行阻力、列车运行阻力 W 、列车制、列车制动力动力 B 都是随着列车运行速度而变化的，故其合都是随着列车运行速度而变化的，故其合力力 C 也随速度而变。也随速度而变。列车的运行速度决定于合力列车的运行速度决定于合力的大小和方向。的大小和方向。 当合力当合力 C 0 时，时，即合力作用方向与列车运即合力作用方向与列车运行方向相同，行方向相同，列车加速运行；列车加速运行； 当合力当合力 C 0 时，时，即合力作用方向与列车运即合力作用方向与列车运行方向相反，行方向相反，列车减速运行；列车减速运行； 当合力当合力 C =0 时，时，列车匀速运行。列车匀速运行。 2021/6/7131

11、. 列车制动有效距离列车制动有效距离 制动距离制动距离是指从司机施行制动时起到列车达到预是指从司机施行制动时起到列车达到预定速度为止列车所运行的距离。定速度为止列车所运行的距离。 制动有效距离制动有效距离是从制动初速度是从制动初速度 V0到末速度叫到末速度叫 Vm 所行驶的距离，这时列车作所行驶的距离，这时列车作非匀减速运动非匀减速运动。2. 减速度计算减速度计算 通过列车常用制动（或紧急制动）时的速度、停通过列车常用制动（或紧急制动）时的速度、停车距离和列车制动动作时间，可分别计算出客车或货车距离和列车制动动作时间，可分别计算出客车或货车在常用制动和紧急制动时的减速度。车在常用制动和紧急制动

12、时的减速度。二、列车制动距离的计算二、列车制动距离的计算2021/6/7141. 分级速度控制分级速度控制 分级速度控制，分级速度控制，以一个闭塞分区为单位，根据列车以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度分级，在一个闭塞分区内只控制运行的速度分级，在一个闭塞分区内只控制一个速度等一个速度等级级并且只按照一种速度判断列车是否超速，对列车进行并且只按照一种速度判断列车是否超速，对列车进行速度控制。速度控制。 分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区分级速度控制系统的列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关，而闭塞分区的长度是以的划分、列车性能和速度有关，而闭塞分区的长度是以最坏性

13、能的列车为依据并结合线路参数来确定的，所以最坏性能的列车为依据并结合线路参数来确定的，所以不同速度列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受不同速度列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受到较大的影响。到较大的影响。三、速度监控的基本原理三、速度监控的基本原理2021/6/715 分级速度控制又分为阶梯式和分段曲线式。分级速度控制又分为阶梯式和分段曲线式。 （1 1）阶梯式分级速度控制）阶梯式分级速度控制 阶梯式分级速度控制又分为阶梯式分级速度控制又分为超前式超前式和和滞后式滞后式。 一个闭塞分区的进入速度称为一个闭塞分区的进入速度称为入口速度入口速度，驶离速度称，驶离速度称为为出口速度出口速度

14、。 超前速度控制方式超前速度控制方式又称为又称为出口速度控制方式出口速度控制方式，给出列，给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。 如：如：日本新干线日本新干线 ATC 采取超前式速度控制方式，采用采取超前式速度控制方式，采用设备控制优先的方法。设备控制优先的方法。 2021/6/716 具体原理如图具体原理如图5-13 5-13 所示：所示： 2021/6/717 列车在闭塞分区列车在闭塞分区入口处入口处接收到目标速度信号接收到目标速度信号后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进后立即以此速度进行检查，一旦列车超速，则进行制动使列车速度降低到目

15、标速度以下。行制动使列车速度降低到目标速度以下。 缺点：缺点： 列车在闭塞分区入口处立即制动，对许多列列车在闭塞分区入口处立即制动，对许多列车来说会过早地停车。车来说会过早地停车。2021/6/718 滞后速度控制方式滞后速度控制方式要求司机（人控优先）在要求司机（人控优先）在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区内将列车速度降低到目标速度，设备在闭塞分区出口闭塞分区出口进行检查。如果列车实际速度未达进行检查。如果列车实际速度未达到目标速度以下则设备自动进行制动。到目标速度以下则设备自动进行制动。 缺点：缺点：这种方式由于要在列车到达停车信号这种方式由于要在列车到达停车信号处（目标

16、速度为零）才检查列车速度是否为零，处（目标速度为零）才检查列车速度是否为零，如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制如果列车速度不是零，设备才进行制动。由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信停车信号后方要有一段防护区。号后方要有一段防护区。2021/6/719 具体原理如图具体原理如图 5-14 5-14 所示所示。2021/6/720 阶梯式分级速度控制的特点：阶梯式分级速度控制的特点： 阶梯式分级速度控制，只是对每一个闭塞分阶梯式分级速度控制，只是对每一个闭塞分区的区的入口速度入口速度或或出口速度出口速度进行控制，不需要进行控制，不需要距离距

17、离信息信息，只要在最高速度与停车信号间增加若干速，只要在最高速度与停车信号间增加若干速度等级，列车从最高速度分段降速，直至停车。度等级，列车从最高速度分段降速，直至停车。对列车速度的控制对列车速度的控制不是连续的不是连续的，因此地对车载所，因此地对车载所需要的需要的信息量较少信息量较少。 2021/6/721 （2 2）曲线式分级速度控制）曲线式分级速度控制 曲线式分级速度控制，根据列车运行的速曲线式分级速度控制，根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲速度控制曲线线，对列车运行进行速度控制。，对列车运行进行速度控制。 如：如：法国法国 TVM43

18、0 系统采取曲线式分级系统采取曲线式分级速度控制方式速度控制方式。 特点：特点：允许速度不是固定为该区段的入口允许速度不是固定为该区段的入口速度（上一区段的出口速度），而是随着列车速度（上一区段的出口速度），而是随着列车的移动而变化，在出口处达到目标速度的移动而变化，在出口处达到目标速度 。 2021/6/722 具体原理如图具体原理如图5-155-15所示。所示。2021/6/723 目标距离模式曲线目标距离模式曲线是根据目标速度、线路参数、列是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线。离间关系的

19、曲线。 目标距离模式曲线反映了列车在各个位置的允许速目标距离模式曲线反映了列车在各个位置的允许速度值。度值。 列控车载设备根据目标距离模式曲线实时给出列车列控车载设备根据目标距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车实际速度超过当前允许速度时，当前的允许速度，当列车实际速度超过当前允许速度时，自动实施常用制动或紧急制动，确保列车在停车点前停自动实施常用制动或紧急制动，确保列车在停车点前停车。车。 2. 目标距离模式曲线目标距离模式曲线2021/6/724 目标距离速度控制其采取的制动模式为连续目标距离速度控制其采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，不设定每个闭塞分式一次制动速度控制

20、的方式，不设定每个闭塞分区速度等级。区速度等级。 连续式一次速度控制模式若以前方列车占用连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准移动闭塞准移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动闭移动闭塞塞。 2021/6/725制动模式曲线的计算基于以下三方面的数据制动模式曲线的计算基于以下三方面的数据 列车制动性能参数列车制动性能参数 列车的制动性能参数列车的制动性能参数由车辆供应商以制动减由车辆供应商以制动减速度的方式提供，制动减速度数据至少包含速度的方式提供，制动减速度数据至少包含紧急紧急制动

21、减速度参数制动减速度参数和和最大常用制动减速度参数最大常用制动减速度参数。 线路坡度数据线路坡度数据 线路坡度数据线路坡度数据来自地面应答器的数据信息包来自地面应答器的数据信息包 【 ETCS-21 】 。 2021/6/726 LMA（行车许可限界）（行车许可限界） 的位置和限速信息的位置和限速信息 LMA 的位置和限速的起点确定了制动模式的位置和限速的起点确定了制动模式曲线的主要部分（下降部分，曲线的主要部分（下降部分， TSM （目标速度（目标速度监控）监控） 区）。区）。 制动模式曲线从制动模式曲线从 LMA 前一定距离开始到降前一定距离开始到降速起点（起模点）之间，根据列车制动性能进

22、行速起点（起模点）之间，根据列车制动性能进行计算。在此之外的制动模式曲线根据目标速度和计算。在此之外的制动模式曲线根据目标速度和顶棚速度确定。顶棚速度确定。 LMA 的位置通过轨道电路信息推算，并与的位置通过轨道电路信息推算，并与从应答器接收的线路信息结合形成。从应答器接收的线路信息结合形成。 限速信息来自于应答器数据。限速信息来自于应答器数据。2021/6/727 速度距离曲线的计算方法速度距离曲线的计算方法 制动模式曲线的计算从制动模式曲线的计算从 LMA 之前一定距离之前一定距离（保护（保护 距离）开始，直到列车的当前位置。由距离）开始，直到列车的当前位置。由 CSM （顶棚（顶棚 速度

23、监控）区和速度监控）区和 TSM（目标速度目标速度监控）监控）区两部分组成。区两部分组成。 制动模式曲线的制动模式曲线的 TSM 区根据列车制动性能区根据列车制动性能进行计算；制动模式曲线的进行计算；制动模式曲线的 CSM 区根据目标速区根据目标速度和顶棚速度确定。度和顶棚速度确定。2021/6/728 模式曲线的计算模式曲线的计算应在车辆额定减速度的基础上，应在车辆额定减速度的基础上，考虑制动性能下降时的最不利考虑制动性能下降时的最不利减速度减速度，至少从列车，至少从列车当前位置开始，逐点计算直到当前位置开始，逐点计算直到 LMA 前一定距离前一定距离（保护距离）处的制动曲线。（保护距离）处

24、的制动曲线。减速度减速度的取值应考虑的取值应考虑不同速度、不同坡度对减速度的影响。同时，在模不同速度、不同坡度对减速度的影响。同时，在模式曲线的计算过程中应考虑制动式曲线的计算过程中应考虑制动空走时间空走时间的影响。的影响。 司机的信号确认时间、反应时间应在司机的信号确认时间、反应时间应在 ATP 的的其他部分考虑，制动模式曲线的计算对此不予考虑。其他部分考虑，制动模式曲线的计算对此不予考虑。 2021/6/729 前方目标点为停车点时，前方目标点为停车点时，当通过轨道电路信息并结当通过轨道电路信息并结合应答器给定的线路描述取得前方停车点信息后，列控合应答器给定的线路描述取得前方停车点信息后，列控车载设备产生紧急制动模式曲线和常用制动模式曲线。车载设备产生紧急制动模式曲线和常用制动模式曲线。 对紧急制动对紧急制动产生以距离轨道电路末端产生以距离轨道电路末端 L1 m 处为终处为终点的制动模式，点的制动模式，对常用制动对常用制动产生以