自動化駝峰溜放車組間隔控制的研究與實踐

鐘衛(wèi)紅

（北京全路通信信號研究設(shè)計院，北京 100073）

1 間隔控制的重要性

自動化駝峰必須具備的兩個基本功能是溜放進路自動控制和溜放速度自動控制。溜放進路控制通過自動選排分路道岔，控制自由溜放的車組從峰頂?shù)竭_(dá)要求的調(diào)車線股道；溜放速度控制通過間隔制動實現(xiàn)溜放車組在駝峰溜放部分保持合理的間隔，旨在目的制動實現(xiàn)溜放車組在調(diào)車線股道與前方車組安全連掛。

溜放車組間隔通常是指從峰頂至調(diào)車線始端減速器制動位（通常稱三部位）的線路范圍內(nèi)兩溜放車組間具有一定距離，溜放車組間隔控制是溜放速度控制的主要功能模塊。

溜放車組間隔大小直接影響駝峰的解體能力和作業(yè)安全，一方面車組間隔越小，在溜放部分可同時走行的鉤車數(shù)量就越多，駝峰的解體能力就越高；另一方面由于鉤車走行性能存在差別，如果車組間隔太小，鉤車之間發(fā)生追鉤、側(cè)面沖撞的可能性加大，駝峰的作業(yè)安全將下降。因此在保證駝峰作業(yè)安全的條件下，盡可能縮小鉤車間隔，使溜放車組保持合理的間隔，是自動化駝峰間隔控制的關(guān)鍵。

2 間隔控制的基本原理

大能力駝峰，設(shè)峰下減速器制動位（通常稱一部位）、線束減速器制動位（通常稱二部位）和調(diào)車線始端減速器制動位，其中一部位和二部位又稱為間隔制動位；中能力駝峰可設(shè)峰下減速器制動位，也可不設(shè)。本文研究對象是設(shè)有間隔制動位的大、中能力駝峰，溜放車組間隔控制實際上是通過調(diào)節(jié)經(jīng)過一、二部位減速器鉤車的出口速度來實現(xiàn)的，因此，間隔控制可以歸結(jié)到如何確定鉤車在一、二部位的出口速度，即一、二部位定速。

確定一、二部位定速應(yīng)考慮兩個方面因素：一是要滿足溜放車組的合理間隔，其中一部位主要考慮從峰頂至二部位入口范圍內(nèi)的溜放間隔，二部位主要考慮從一部位出口到三部位入口范圍內(nèi)的溜放間隔；二是要保證車組進入下一制動位時的速度符合設(shè)計要求，其中一部位的定速要考慮二部位的制動能高，二部位的定速要考慮三部位的制動能高。

由于一、二部位間隔控制的原理和方法相似，因此，本文以TW-2型駝峰自動化系統(tǒng)為例，著重討論二部位間隔控制的基本原理，其步驟如下。

第一步，根據(jù)線路縱斷面、三部位的制動能高、鉤車重量等級等因素確定本鉤車（進入二部位的鉤車）的基本定速。

第二步，檢算本鉤車與前鉤車（已離開二部位去往三部位的鉤車）的間隔，稱為“朝前看”間隔調(diào)整。如果存在間隔問題，直接計算降低后二部位定速，跳過第三步，完成。

第三步，檢算本鉤車與后鉤車（離開一部位未進入二部位的鉤車）的間隔，稱為“朝后看”間隔調(diào)整，確定基本定速基礎(chǔ)上的加速量，計算二部位定速，完成。

3 基本定速的計算

根據(jù)鉤車重量等級、鉤車的目標(biāo)股道、三部位入口速度要求，以及二部位出口至三部位入口間高差、距離、曲線轉(zhuǎn)角、進路上道岔數(shù)量等條件，計算二部位基本定速V2出。

其中：

V3入：三部位入口速度，取16～18 km/h;

V2出：二部位出口速度；

L2-3：二部位出口至三部位入口的距離；

n：二部位到三部位間的道岔級數(shù)；

∑α：曲線轉(zhuǎn)角和（含道岔轉(zhuǎn)角）；

g′：車輛重力加速度；

ω0：車輛基本阻力。

車輛基本阻力和車輛重力加速度如表1、表2所示。

表1 典型的車輛基本阻力表（不同站場會有所變化）

表2 重力加速度表

4 “朝前看”間隔調(diào)整

當(dāng)本鉤車進入二部位時，根據(jù)前鉤車的方向、距二部位出口的距離及二部位出口速度等，檢算并確定本鉤車的二部位定速。

4.1 計算共同徑路

共同徑路（Ls）：從二部位出口到本鉤車與前鉤車分歧道岔后警沖點的距離。當(dāng)本鉤車與前鉤車為同一股道時，其共同徑路最長，一直到三部位減速器。TW-2系統(tǒng)將駝峰溜放部分的道岔區(qū)段、警沖標(biāo)區(qū)段、減速器區(qū)段及無軌道電路區(qū)段的實際長度測量值存入數(shù)據(jù)庫中，Ls（測量值）就是將共同路徑上的區(qū)段測量值累加起來。

不追鉤原則：在共同徑路內(nèi)，前后鉤車應(yīng)保持的最小間隔Lzg（經(jīng)驗值）。

4.2 計算前鉤車的剩余走行時間（T1）

前鉤車出清距離：Lq=Tq×Vq×Cn，其中，Tq為前鉤車出清二部位的時間，Vq為前鉤車出清二部位的出口速度，Cn（經(jīng)驗值）為不同重量等級的減速系數(shù)。

前鉤車剩余走行時間：當(dāng)Lq小于LS時，前鉤車離開共同徑路的剩余走行時間：

T1=（LS－Lq）/（Vq×Cn）

4.3 計算后鉤車的走行距離

防追鉤距離：本鉤車按不追鉤原則允許走行距離為LZ=LS-Lzg。

4.4 計算本鉤車的走行時間（T2）

本鉤車從進入二部位減速器走行到LZ終點可能要經(jīng)過3個過程。

（1）放頭過程：其走行距離和時間表示為La和Ta。

（2）攔尾過程：其走行距離和時間表示為Lb和Tb。

（3）離開后走行過程：其走行距離和時間表示為 Lc和 Tc。

若按鉤車快速通過減速器的理想情況考慮，則有：La=m×Lcar/4

其中：m為開始控制軸數(shù)；Lcar為鉤車平均長度（經(jīng)驗值）。

Ta=La/Vr

其中：Vr為本鉤車入口速度。

Lb=Ln-La+Lj

其中：Ln為鉤車長度，Ln=N×Lcar，N為本鉤車輛數(shù)；Lj為減速器長度（測量值）。

Tb=Lb×2/(Vr+Vd)

其中：Vd為本鉤車定速。

Lc=LZ-N×Lcar

Tc=Lc/Vd

T2=Ta+Tb+Tc

4.5 計算本鉤車的二部位定速

（1）檢查前鉤車剩余走行時間T1與本鉤車的走行時間T2，如果T1≤T2，則沒有追鉤或側(cè)沖的間隔問題，進入“朝后看”間隔調(diào)整。

（2）若有追勾或有側(cè)沖的間隔問題時，適當(dāng)降低二部位定速Vd。

在不考慮放頭（Ta=0）的情況下，用Tb+Tc=T1作檢算條件，即則有：

（3）將Vd與二部位設(shè)定的最低定速Vmin（經(jīng)驗值）比較，Vd≥Vmin時，二部位定速取Vd，否則取Vmin。

5 “朝后看”間隔調(diào)整

只有二部位“朝前看”沒有間隔問題時，才考慮“朝后看”，“朝后看”間隔調(diào)整的結(jié)果是必要時在基本定速的基礎(chǔ)上提高定速。考慮到三部位制動能高，“朝后看”的加速量（dV）限制在dVmax=2 km/h。當(dāng)本鉤車進入二部位時，計算本鉤車與后鉤車之間的距離，根據(jù)該距離確定dV值，其方法與步驟如下。

（1）計算減速器入口距后鉤車“當(dāng)前占用區(qū)段”入端的距離

由本鉤車向峰頂搜索到后鉤車，確認(rèn)后鉤車的“當(dāng)前占用區(qū)段”和該區(qū)段的“當(dāng)前占用時間”，根據(jù)存入數(shù)據(jù)庫的各區(qū)段長度測量值，計算二部位減速器入口距后鉤車“當(dāng)前占用區(qū)段”入端的距離Ln。

（2）計算后鉤車進入“當(dāng)前占用區(qū)段”的距離

根據(jù)“當(dāng)前占用時間”，計算后鉤車進入“當(dāng)前占用區(qū)段”的時間t2。

設(shè)：該區(qū)段最大通過速度為Vm（經(jīng)驗值）；

則：后鉤車進入距離Lr=Vm×t2。

（3）計算兩鉤車之間的間隔

計算后鉤車前端至減速器入口的距離L2：

L2=Lm-Lr

計算本鉤車末端至減速器入口的距離L1：

L1=N×Lcar

其中：

N：本鉤車輛數(shù)；

Lcar：鉤車平均長度（經(jīng)驗值）。計算兩鉤車之間的間隔L：

L=L2-L1

（4）確定本鉤車速度提高量

通過本鉤車和后鉤車之間的間隔L，精確計算本鉤車的二部位定速比較困難，因為在二部位前，鉤車的速度變化較大，還有一部位的作用，因此采用以下簡化計算：

6 應(yīng)用情況

本文研究的TW-2系統(tǒng)溜放車組間隔控制原理和方法，最早于1999年底在南京東駝峰場投入使用。作為路網(wǎng)型編組站，當(dāng)時南京東駝峰的日均解體量都在120列以上，采用全新間隔控制的TW-2系統(tǒng)，無論在解體能力還是作業(yè)安全方面都很好地滿足了現(xiàn)場的要求。在其后TW-2系統(tǒng)的推廣過程中，間隔控制技術(shù)不斷總結(jié)、提高和完善，現(xiàn)已應(yīng)用在全路幾十個大、中能力駝峰場，包括鄭州北下行駝峰、徐州上下行駝峰、武漢北上下行駝峰等，多年現(xiàn)場實踐證明：TW-2系統(tǒng)采用的溜放車組間隔控制技術(shù)成熟，能夠滿足國內(nèi)最大能力駝峰的解體能力要求，提高了駝峰作業(yè)的安全性。