關于列車牽引計算系統的研究

周劍

摘 要：介紹了列車牽引計算系統的構成。根據系統數據的處理流程，將系統分為數據庫管理模塊、數據處理模塊、顯示界面模塊，對各個模塊的功能做了詳盡說明，并針對各個模塊的功能特點作了進一步分析設計。

關鍵詞：牽引計算；數據庫管理；數據處理

列車牽引計算是針對有軌交通運輸中列車在外力（包括機車牽引力、列車阻力、列車制動力）的作用下沿軌道運行及其有關問題的科學計算。它以力學為基礎，以科學實驗和先進操縱經驗為依據，分析列車運行過程中的各種現象和原理，并用以解算軌道交通運營和設計上的一些主要技術問題和技術經濟問題。

列車牽引計算系統是一個復雜的綜合系統，涵蓋范圍廣，計算公式繁多，而本文利用系統的觀點，將牽引計算看成一個求解多元問題的方法論。在牽引計算系統需求分析的基礎上，對系統的功能進行詳細設計，將系統劃分為三大模塊：數據管理模塊，數據處理模塊和顯示界面模塊。本設計的目的在于框定列車牽引計算系統的層次結構，定義各個模塊的功能、原理及相互關系。

1 系統結構體系

列車牽引計算系統要解決的不是單一問題，而是多個問題組成的集合。它包括：機車、車輛、線路數據的管理；結算列車牽引特性、運行時分、起動加速、機車能耗、制動距離等，并將結果簡單明確的顯示出來。根據列車牽引計算系統要解決的問題以及要完成的功能的不同，將列車牽引計算系統細分為若干個子模塊。每個子模塊完成一個相對獨立的功能，解決特定單獨的問題，然后將所有子模塊集合成一個完整的具備所有功能的牽引計算系統。系統的結構體系如圖1所示

2 數據庫管理模塊

數據庫管理是指對數據庫中的信息進行建立、存取和修改等管理的工作。隨著計算機硬件和軟件的發展，數據庫管理經歷了人工管理、文件系統和數據庫管理這3個發展階段。由于采用數據庫管理具有數據結構化、數據冗余小、獨立性高等特點，可以實現數據的安全性、完整性管理以及實現并發控制和數據恢復的能力。采用數據庫管理可以很好的適應牽引計算數據規模大，數據量多的特點。根據牽引計算所需數據類型的不同又可將其細分為機車數據管理、車輛數據管理、線路數據管理以及列車編組管理。它們之間具體的關系以及數據走向如圖2所示。

2.1 機車數據管理

機車數據管理模塊是從觸摸屏、鍵盤等輸入設備，輸入機車的車型、機車的牽引特性等列車牽引計算的原始數據，并通過該模塊生成相應的機車數據存儲在磁盤中供以后計算時調用。

機車數據是牽引計算系統中必不可少的基礎數據，它包含兩方面即機車基本數據（不隨速度變化而改變的數據）和特性數據（隨速度變化而改變的數據，包括牽引特性數據、能耗特性數據、制動數據特性和阻力特性等）。

2.2 車輛數據管理

車輛不存在特性數據，在牽引計算中所需車輛數據有：車輛類型、基本阻力計算參數、車輛自重、標記載重、軸承類型、制動機型號、制動閘瓦材料的類型等。對車輛數據的操作不需要考慮其他關聯因素，只需要查找相關資料即可。

2.3 線路數據管理

所謂線路數據管理，就是從各種輸入設備，輸入某條線路或某區間的原始線路數據，并在磁盤中生成相應的線路數據庫，供以后計算或反向計算時使用。線路數據管理包含三類，即坡度數據管理、曲線數據管理和標記數據管理。坡度數據包括線路名、線路代碼、坡度、坡長等；曲線數據包括線路名、線路代碼、曲率半徑、曲線長、曲線方向等；標記數據包括線路名、線路代碼、標記類型、線路方向等。

2.4 列車編組數據管理

列車編組數據包括機車、車輛的型號及數量，車輛的實際載重量等等。對列車編組數據管理包括列車編組的添加、修改、刪除和查詢等基本操作。

3 數據處理模塊

有了列車牽引計算的原始數據，便可根據要求進行數據處理。

3.1 牽引質量計算

根據線路的坡道限制條件，在給定牽引質量的情況下進行驗算是否滿足條件。依據滿足條件的牽引質量作為該線路的列車牽引質量或采取其他措施提高牽引質量。

3.2 運行時分計算

根據線路條件和列車牽引質量，在機車不同運行工況下，計算出列車在此段線路區間的耗時以及各個時段所在該線路的位置。

3.3 起動加速計算

列車的起動過程是一個復雜的隨機過程，列車的起動阻力維持時間短，只能通過多次試驗的辦法，提出一些計算公式。列車在實際運行中一旦起動，列車阻力就從起動阻力回落到基本阻力，是一個從靜態到動態的瞬變過程。

3.4 機車能耗計算

機車能耗是關系到運輸成本和機車運用效率的關鍵參數。對不同工況下的能耗做出精確的計算，有利于安排機車的運用、檢修和對運費的核算，合理計算機車的能耗是牽引計算系統中的重點。

3.5 制動性能計算

機車車輛的制動性能是關系到車輛運行安全與否的一個重要因素。機車車輛的制動性能除了要考慮牽引電機、傳動系統和制動系統之外，還要考慮輪軌接觸的影響。

4 顯示界面模塊

顯示界面模塊主要功能是接受外界數據并輸入數據處理模塊以及將數據處理模塊計算后的結果具體形象的表現出來。一個系統的所有人機交互過程都是通過顯示界面開始的，因此設計布局合理、功能清晰的顯示界面很有必要。

顯示界面模塊可分為數據庫管理界面和牽引計算輸出界面。其中數據庫管理界面的作用是增加、修改、刪除或查詢機車車輛數據，牽引計算輸出界面則是將各種計算所得的結果數據以屏幕顯示、打印輸出或網絡輸出的形式傳達給使用者。

5 結語

本文以牽引計算理論為基礎，結合基本需求進行了改進，設計了列車牽引系統。通過對多條實際線路進行測試，該系統能較好地適應各種不同平縱斷面的計算。

參考文獻

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