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列车牵引计算软件在现场中的应用
作者：高雨平
来源：《科学与财富》2011年第09期
[摘 要] 介绍了列车牵引计算软件的主要技术功能,详细论述了牵引计算软件的操作程序、使用办法和牵引定数等技术要素的确定。
[关键词] 牵引计算软件 操作程序 使用办法 技术要素确定 1、引言
为适应新的运输形势对铁路运输的要求,铁路必须进行牵引动力改造、挖潜、提速、扩能。铁路运输具有高度集中、紧密相关、协调动作的特点，各项技术指标的确定、主要设备的配置和使用必须做到科学、及时、准确。列车牵引计算以力学的基本原理为基础，以大量的科学试验资料和实际运用经验为依据，阐明列车运行过程中的规律，科学地解决铁路运输中的有关技术问题。近年来，随着计算机应用技术的不断发展和深入，使列车牵引计算手段得到了长足的进步，相继引入牵引电算的方法和技术进行有关计算和绘图。在铁路快速发展的今天，列车牵引计算软件的开发与应用对运输生产的作用越来越明显,如何正确掌握解算方法,显得尤为重要。包神铁路公司管内铁路正线全长171km，线路坡度大、曲线半径小，再加上配属机车车型种类多，有电力机车SS3B型、SS4B型，内燃机车DF4B型、DF12型、GKD3型5种车型，近两年随着运量不断攀升，动力供应十分紧张，给运输组织带来很大困难。如何准确确定各机型、各机型间相互重联后的牵引定数，缺乏有力的理论依据，包神铁路公司非常重视科技创新，积极与西南交大联系，引进列车牵引计算软件，有效解决现场中的实际问题。 2、软件概述
牵引计算软件以铁道部颁发的《列车牵引计算规程》为准则，把牵引计算中成熟的经验和科学的解算方法用某种语言编成牵引计算程序,上机运算,使它在运算过程中根据具体线路条件和复杂程度自动优化合理的操纵方法，具有牵引计算与数据处理功能，利用铁路系统现有的数据资源，转化成牵引计算和绘制操纵示意图需要的线路数据文件，改变了以往人工输入线路数据的方法，计算过程采用司机模拟操纵的方法，并以动画方式显示列车运行速度、运行时间、手柄级位、列车管压力等参数，随列车运动形成连续曲线，计算过程形象直观。
软件采用面向对象的Visual C++编程技术，具有良好的用户界面，在WINDOWS环境下运行，计算速度快，实用性强。 3、软件技术特点
列车牵引计算是一门铁路应用学科,它研究直接作用在列车上与运行方向相平行的各种外力，主要包括机车牵引力、列车阻力、列车制动力，以及这些力与列车运行的关系，牵引计算
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软件做为计算、绘图工具，为解算一系列与列车运行有关的实际问题，提供帮助。软件具有以下技术特点：
(1)计算速度快、精度高、可靠性好。
(2)机车、车辆基本参数、牵引特性、能耗特性等数据与计算程序分离，用户增加新型机车、车辆数据或修改已有数据无需修改程序代码，适用范围广、灵活方便。
(3)充分利用系统内现有的数据资源，可以在工务部门已建立的线路数据dBASE文件的基础上自由编辑、截取数据，由牵引计算软件转换成牵引计算和绘制操纵示意图需要的线路数据文件，彻底改变了以往人工输入线路数据的落后方法，降低劳动强度、提高工作效率。 (4)采用实际线路断面数据计算坡道阻力，无需化简线路断面，并且考虑列车长度对坡道阻力计算的影响，提高了坡道阻力计算的准确程度。
(5)将列车简化为质点间无相对运动的多质点运动模型（视各质点的速度相同，因而无需考虑质点间的相互作用力），既可提高牵引计算结果的精度，亦使计算结果更接近于实际情况（速度曲线为连续渐变曲线）。
(6)计算过程中可随时退回任意点改变操纵方式后继续计算,为研究列车牵引方式与操纵方法提供新的手段。 4、软件操作
4.1牵引计算软件的组成
牵引计算软件的主菜单由数据文件、牵引计算、数据处理等菜单组成。图1为牵引计算软件组成图。
4.2牵引计算软件的操作流程
牵引计算软件的操作流程,阐述了从线路数据的建立,到中间计算过程,再到数据处理的具体操作步骤和方法。图2为牵引计算软件操作流程图
首先在数据文件菜单下建立牵引计算和绘制操纵示意图必需的线路数据文件，如坡道、曲线数据及车站、道岔、信号机、桥梁、道口、隧道、分相绝缘等线路设施数据；线路数据文件建立好后，再进行数据转换，备计算时使用；建立机车基本参数、机车牵引特性、能耗特性、动力制动特性数据文件；建立客、货车辆基本参数数据文件；建立运行区段线路限速文件。 其次进入牵引计算菜单进行计算，可以进行速度时分计算（详细编组）、速度时分计算（简单编组）、牵引质量计算、空气制动机计算，速度时分计算（详细编组）与（简单编组）
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主要区别在于列车编组方式不同，详细编组允许对列车按车辆类型进行编组，可实现特定的编组方案，列车换算制动率由列车编组计算得到,简单编组列车换算制动率由用户输入，计算简单快捷。两种方式可以满足不同场合需要。选定计算项目后，在对应的文本框中输入数据，如编组辆数、吨数、计长，选择机型、列车管压力，提取线路文件、限速文件，确定计算起始点位置，进入计算画面。当程序进入模拟操纵状态后，操作者可用司机操纵面板进行不同工况的操作转换，根据线路起伏状况进行操纵以调节列车运行速度，对于需要重新计算的数据，可以退回重算，重新设定计算点。
最后进入数据处理菜单，数据处理菜单包含曲线与表格命令,它能针对某一计算结果绘制速度曲线图也可专门绘制无速度、时间曲线的空操纵示意图，它能将速度曲线的有关数据转换成区间运行速度时间表，也可以输出计算过程的详细数据表，用来分析牵引、制动、惰行工况转换时机，充排风时间，能耗等。根据需要设定绘图格式，打印图纸。 5、软件在现场中的应用
熟练掌握软件的使用操作后，给定计算条件，通过上机进行模拟现场运行，结合现场实际运行情况，就可以确定牵引运行相关技术要素,如确定了几种机型不同区段的牵引定数。确定牵引定数主要从四个方面考虑，一是限制坡道上运行速度，是否低于该机型的最低计算速度；二是车站到发线有效长度；三是长大下坡道上循环制动，受制动机充风时间的限制；四是困难区段及机外停车后能否起动。确定了区间运行时分，运行时分是列车在区间规定的运行时间,是列车运行图的重要基础,运行时分是根据机车类型、牵引定数、线路纵断面、线路允许速度、过岔速度、闸瓦压力限制速度以及信号设备、气候条件等因素确定的。区间运行时分由通通运行时分，起、停车附加时分和慢行附加时分组成。确定区间运行时分既要考虑区间通过能力，又要考虑机车运用效率,避免造成动力浪费；制定了列车运行操纵办法，如提、回手柄地点、制动减压和缓解时机的掌握、重载列车操纵要点等。重载列车操纵应注意一是列车起动的平稳性，防止列车分离；二是加载时要缓慢调整牵引力或动力制动力的大小，减少纵向冲动；三是途中调速首先使用动力制动，在动力制动不能控制运行速度情况下，使用空电联合制动；四是空气制动缓解时速度不能低于30km/h，防止低速缓解断钩。
软件的使用，为制定运输方案提供了重要依据,优化了区段内机型的配置，改变了原有周转方式,现采用半循环运转制与肩回式运转制相结合的机车周转方式,加快了机车周转,并利用站接继乘、立折等换班方式，减少了乘务员辅助作业时间,提高了作业效率。同时牵引定数确定后，列车编组更加科学规范，充分发挥了电力机车功率大，牵引、动力制动性能好的特点，提高了机车运用效率,机车日产量由原来的105万吨公里,提高到115万吨公里,提高了10%;内燃机车每万吨公里耗油由原来的26.5千克,降低到25.7千克,降低了运输成本,增加了运输收入。由于不同机型、不同区段确定的牵引定数科学合理，货运列车运行正点率比以往提高了两个百分点，为运输生产的有序进行提供了可靠保证。利用软件进行计算不同线路纵断面的制动距离，简便快捷，为分析路外伤亡等行车事故提供提供了理论依据。同时机车乘务员操纵实现了规范化、标准化，再加上运行监控器的正确操作，杜绝了因操纵不当造成的列车分离、冒进信号等行车事故的发生，确保列车运行安全。