《列车牵引电算软件》使用说明书.doc

列车牵引电算软件使用说明书 一、 系 统 概 述 列车牵引计算电算软件采用Visual Studio 2005 C 语言和Access 2003技术编制，为教材的配套软件，可帮助学生更好的理解教材内容，为教师提供更丰富的教学手段。计算所用数据基于列车牵引计算规程（TB/T1407-1998，以下简称牵规）。随着我国高速铁路的蓬勃发展，牵规必将进行更新，系统基于数据库技术，预留参数调整接口，增强了系统的适用性。系统功能可划分为以下几个部分 1．基础数据 为整个系统的基础，包括机车（动车）型号，车辆类型，闸瓦类型，常用制动系数等参数的维护。 2．机车数据 包括电力机车总体参数、牵引力特性及相应的有功电流、 “牵引/惰行/空气制动”时的自用电有功电流、动力制动特性及其自用电有功电流（如果有动力制动）；内燃机车总体参数、牵引力特性及相应的单位时间燃油消耗、“起动/惰行/空气制动”时的单位时间燃油消耗、动力制动特性及其单位时间燃油消耗（如果有动力制动）。本软件还提供了参数复制功能，对于参数相近的机车，可以先全部复制，然后略加修改，实现新机车数据的快速输入。 3．线路数据 提供了线路原始数据的输入、修改，线路摘录，线路反向，线路化简和参数复制的功能。对于参数相近的线路，也可以先全部复制，然后略加修改，实现数据的快速输入。 4．列车编组 可自由选择机车、车辆类型，组成不同形式的列车，以备后续的时分计算之用。 5．牵引计算 包括运行时分解算，列车制动问题解算（又分列车紧急制动距离计算和列车制动限速表的编制两项功能），牵引重量解算，机车能耗解算。其运行过程如图1 所示，基础数据、机车数据、线路数据这三项是系统进行计算的基础，计算前必须保证这些数据的完整性和准确性。 列车编组 牵引重量验算 基础数据 机车能耗解算 列车运行时分解算 机车数据 列车制动限速表编制 线路数据 列车紧急制动距离解算 图 1 系统计算流程 为提高系统实用性，系统已提供牵规TB/T1407-1998中部分电力机车、内燃机车、客货车辆的数据和全部闸瓦数据。 特别提示系统中基础数据、机车数据、线路数据是后续进行列车编组，运行时分解算、能耗计算、牵引重量验算、列车制动问题解算等模块的基础，计算时系统自动查找这些信息。一旦确定，尽量不要进行删除操作。如果进行删除，后续计算会因找不到基础数据而出错。例如选择了某型机车进行了列车编组，然后又删除了该型机车的数据，系统会因找不到数据而出错退出系统。如需删除这些基础数据，请先删除后续计算模块中引用了该数据的算例，然后再进行删除工作。 二、基 础 数 据 维 护 1．车辆数据 主要进行车辆基本参数（类型，长度，重量，构造速度，阻力系数等）的维护（添加、修改和删除），其界面如图2所示。这些参数的输入、修改、删除等具体操作界面参看图3 。 图 2 车辆数据列表 图 3 车辆数据的输入和修改 2．闸瓦数据 主要进行闸瓦类型及其换算摩擦系数公式中各个系数的维护，其列表界面如图4 所示，其参数修改界面如图5 所示。 3．常用制动系数 此部分用于教材客货车常用制动系数表的维护，系统中参数为牵规（TB/T1407-1998）中所给数值。此值可以修改，以备兼容后续新版牵规。 图4 闸瓦的型号和换算摩擦系数公式列表 图 5 闸瓦数据的输入和修改 图 6 常用制动系数的维护 4．机车（动车）类型 此处只进行机车（动车）类型，型号的添加、删除工作，每个车型的具体参数在“机车数据”部分进行维护。 图7 机车（动车）型号列表 图 8 机车（动车）型号的输入和修改 三、机 车（动车）数 据 维 护 针对在基础数据中所添加的机车（动车）型号，此部分进行某个具体车型的总体参数、牵引特性、牵引能耗（电力机车为有功电流，内燃机车为燃油消耗量）的维护，输入其特性曲线；如果该车型具备动力制动功能，还要输入其动力制动特性；内燃机车还要输入其动力制动时的能耗曲线。 如资料不全，可部分输入该型机车数据，如有缺失，在后续计算过程中会给出相应提示。具体描述如下 1．机车总体参数 所需输入参数如图9所示。需要说明的是 （1）如该车动力类型为电力机车，图中红色椭圆圈处为输入网压值，如为内燃机车，则此处不显示。 （2）牵规中针对每一种车型，都给出了其有限的牵引特性、能耗特性曲线，填入所给出的曲线数量（图9绿色椭圆圈处），并在表格中填入每条曲线所对应的牵引级位值。对于内燃机车，牵规中所给曲线往往对应柴油机的转速，此处也可以输入所对应的转速级位的替代值。但此处建议查找相关资料，找出该转速所对应的级位值填入，以保持和电力机车的一致性。 图 9 机车（动车）总体数据 2．牵引特性 参看图10 。根据“总体数据”中所输入的级位值，依据牵规所给出的该型机车（动车）的牵引特性曲线，逐个输入速度点和该速度所对应的牵引力。需要特别注意的是，每条特性曲线的拐点数据必须输入。选择不同的级位，系统自动存储数据并绘制曲线，便于校对。 图 10 牵引特性曲线的输入 3．牵引、惰行和空气制动时的能耗特性数据 图11所示为电力机车界面（输入的是有功电流），图12为内燃机车输入界面（输入的是单位时间的燃油消耗量）。两者的不同在于图中红色椭圆圈所示部分电力机车为该型机车牵引时的自用电有功电流，“惰行/空气制动/停站”时的自用电有功电流；内燃机车为该型机车起动和“惰行/空气制动/停站“时的单位时间燃油消耗量。这两个数值分别为计算机车能耗时所用（参看教材） 。 图 11 电力机车“牵引/惰行/空气制动”的能耗特性 图 12 内燃机车起动和“牵引/惰行/空气制动”时的能耗特性 4．动力制动特性 如果该型机车具备动力制动的功能，系统自动出现动力制动特性输入的界面。如为电力机车，则出现图13所示界面；如为内燃机车，则出现图14所示界面，同时还要图15所示的界面输入内燃机车动力制动的能耗。 图13 电力机车的动力制动力特性及自用电有功电流的输入界面 图14 内燃机车动力制动力特性的输入界面 图15 内燃机车动力制动能耗特性的输入界面 5．机车数据的复制 我国电力机车、内燃机车多以某型号为主形成系列产品，其后续产品多为前面产品的改进型。其牵引特性、能耗特性、动力制动特性都非常相近。系统提供“机车数据复制”界面（图16），便于数据输入。同系列车型数据复制后稍加修改即可完成后续车型数据的维护。 图 16 机车数据复制 四、线 路 数 据 此部分提供了线路数据的输入、修改、化简、反向、摘录、复制的功能。 1．线路总览 线路按其数据来源分为4类原始线路、由原始线路反向得来的线路、由原始线路化简得来的线路和由原始线路摘录得来的线路。图17 为所有线路的总览界面，表中列出了线路的简要信息线路号、起点站名称、终点站名称、线路长度、区间数、整条线路最短到发线有效长、该线路数据是否输入完整。 图 17 线路文件总览 2．线路详细数据 图18 为线路区间数据输入和维护的界面。 图 18 线路详细数据区间数据 线路数据的组织是以区间为单位进行组织的。新建线路数据时，首先输入线路起点站的名称和公里标，线路区间数，线路内最短到发线的有效长，线路公里标递增或递减的控制变量。系统根据输入的区间数，自动在表格中生成空白数据项等待输入，它包括各区间起点站中心至出站道岔中心的距离及该道岔的限速；各区间终点站名称，其进站道岔中心至车站中心的距离及该道岔的限速；各区间的限速；各区间的坡段数、曲线数、隧道数，跨区间的坡段曲线隧道要以车站中心为界一分为二来输入。系统根据各区间输入的坡段数、曲线数、隧道数，自动生成相应数据项。图19、图20、图21分别为坡段、曲线、隧道的数据输入界面。系统会自动校验数据输入的完整性。而且，系统会自动把区间限速作为该区间内每个坡段的限速。 图19 坡段详细数据 坡段的详细数据主要包括坡度，坡长，坡段限速。特殊坡段的设置主要为线路化简时服务，标识为特殊坡段的坡段不能进行化简操作。 “坡段插入”按钮可在当前坡段之前插入一个坡段，但区间坡段总数保持不变，系统会自动“挤掉”最后一个坡段的数据；“坡段删除”按钮删除当前坡段，同时为了保持坡段总数不变，系统自动添加一个坡段，并重新排定坡段顺序。坡段输入时，系统自动计算区间长度。坡段数的改变只能在区间数据输入界面去进行。 图 20 曲线详细数据 曲线详细数据主要包括曲线起点的公里标，曲线长度，曲线半径，弯曲方向。“曲线插入”按钮、“曲线删除”按钮的功能和坡段输入时相同。曲线数的改变只能在区间数据输入界面去进行。 隧道详细数据主要包括起点公里标，隧道长度。“隧道插入”按钮、“隧道删除”按钮的功能和坡段输入时相同。曲线数的改变只能在区间数据输入界面去进行。 图 21 隧道详细数据 3．线路摘录 用户可以从原始线路或反向得来的线路或化简得来的线路之中，摘录部分区间数据，生成新的线路文件，其界面如图22所示。摘录后的线路详细数据可到“线路总览”去查看。 图 22 线路数据摘录 4．线路反向 对于单线的线路，用户只需输入一个方向的线路数据，然后，可以选择原始线路或摘录得来的线路或化简得来的线路，利用本软件的“反向”功能自动生成生成反向线路的文件，其界面如图23所示。反向的线路详细数据可到“线路总览”中去查看。 5．线路化简 用户可以选择原始线路或反向得来的线路或摘录得来的线路，按照教材中所描述的线路化简方式进行化简操作，生成新的线路文件，其界面如图24所示。化简后的线路详细数据可到“线路总览”中去查看。 图 23 线路反向 图 24 线路化简 6．线路复制 用户可以选择原始线路或反向得来的线路或摘录得来的线路，进行线路数据的复制，生成新的线路文件，其界面如图25所示。复制后的详细数据可到“线路总览”中去查看。经过化简的线路不能进行复制。 图 25 线路数据复制 五、列 车 编 组 此部分的功能是选择前面已经输入的机车和车辆，编组成列车。图26 为已编组列车的列表，通过这个界面，可以进行新建编组、修改、删除等操作。图27 为列车编组界面。编组时首先选定列车的类别客车或是货车。 图 26 列车编组的列表 图 27 列车编组的界面 1．机车的选择 选择机车类型时，首先需要输入本次编组中机车的台数，系统默认编组时最多选择3台机车。参看图27中椭圆形红圈处。输入机车台数后，在“可选机车型号”列表中选择机车型号，选中后，可点击“选择”按钮加入编组，也可以双击该型号加入编组，系统自动列出该机车的全长和计算重量、构造速度等信息，以便用户核对参数的正确性。 多机牵引时，第一台机车位置自动设为本务机车，在选择第二台或第三台时机车会出现选择机车连挂方式对话框，如图28 所示。 图 28 多机牵引时选择机车连挂方式 按“牵规” 选择“重联同步控制”时，该台机车牵引力计算台数为1.0，选择“重联分别控制”，机车牵引力计算台数为0.98，选择“补机”，机车牵引力计算台数为0.95 。 2．车辆的选择 根据所选定的列车类别，在车辆型号中会列出相应的车辆型号供选择，选择某一型号，系统自动列出该型车辆的技术参数（车辆重量、车辆长度、构造速度），这些参数都是在基础数据“车辆数据维护”部分维护完成的。输入车辆辆数，选择“闸瓦类型”，点击“加入编组”，该型车辆即自动加入列车编组，系统会自动计算列车总长、牵引重量（注意，列车总长包括机车在内，而牵引重量不包括机车重量），列车构造速度取机车车辆构造速度值中的较小者。 系统支持不同车辆种类的混编操作。欲从编组中去掉某型车辆时，点击“车辆列编组情况”列表中的某一行，点击“从编组中删除”按钮，则从列车编组中删除该型车辆，同时自动调整列车总长、牵引重量和构造速度。 3．换算制动率的输入 列车的换算制动率，是列车换算闸瓦压力与列车所受重力之比。换算闸瓦压力与列车所受重力的单位应该相同，比如，都为kN 。 六、牵 引 重 量 计 算 牵引重量计算的界面如图29所示。本模块只计算货物列车的牵引重量，计算结果不存储。 1．机车的选择 与“列车编组”模块中的规定相同，机车最多选择3台。多机牵引时机车连挂方式也有三种，参看图28选择“重联同步控制”时该台机车牵引力计算台数为1.0，选择“重联分别控制”时机车牵引力计算台数为0.98，选择“补机”时机车牵引力计算台数为0.95 。 图29 牵引重量解算的界面（解算以前） 2．车辆的选择 点击车辆型号列表中的某种车型，该车型的技术参数就在下方罗列出来。对于混编列车，要由用户根据列车中各车型所占百分比，自行算出并输入加权平均的单位基本阻力公式三个系数及混编后每辆车的平均重量和平均长度。 3．解算的项目 系统对所选线路的每个区间分别按车站起动条件，按区间最大上坡道和机车计算速度，按平直道最高运行速度下的保有加速度要求值分别计算出各自允许的最大牵引重量（具体计算公式参看教材）；按计算线路区段内的最短到发线有效长算出它允许的最大牵引重量。为用户确定此线路区段统一牵引重量提供参考。计算结果如图30所示。 图 30 牵引重量解算的界面（解算结果） 七、列 车 运 行 时 分 解 算 选择前述已编组好的列车，选择在线路数据中已输入完整数据的线路，制定运行参数（环境温度系数，海拔高度系数，列车初速度）便可进行运行时分的解算工作。选择好线路后，可根据实际需要进行线路限速的修改（例如，临时施工需要在某些坡段限速）。需要说明的是，这种修改只适用于本次计算，原有的线路数据不会被改变。 1．算例参数的选择 点击主菜单“牵引计算”中的“运行时分解算”，可进入图31所示界面。界面分为三部分已有算例、详细信息、运行参数。 n 已有算例列出已有的算例及其参数（所选线路情况，所选列车类别、牵引机型、计算进程、计算节点数、总的运行时间、是否有临时限速等） n 详细信息如为已有算例，则显示当前算例的线路和列车编组的具体参数；如为新算例，则可在此选择某个线路（如有需要，还可以修改线路限速，参看图32），选择某个列车编组 n 运行参数当前算例的运行参数。 图31 列车运行时分解算的主界面。 图32 修改线路限速 点击列表中某一个算例，系统会自动列出所选算例的具体参数。 点击“新算例”，系统会列出可供选择的所有线路、列车编组。在选择了线路、列车编组和输入运行参数之后，即可开始解算运行时分。 2．运行时分解算界面的说明 选完参数后点击“开始计算”，进入图33所示界面。 此界面分为五部分 n 左侧上部为运行过程的图示部分此部分最左边为速度坐标轴和时分坐标轴。最高速度值为由机车构造速度、车辆构造速度所决定的列车最高速度；图中红线为线路限速。此部分的下端绘制出了当前算例所选线路的计算纵断面、原始纵断面、曲线和隧道。 n 左侧下部列出了计算过程中算过的每个速度间隔的计算参数区间序号、坡段序号、坡度、坡长、节点号、工况、级位或减压量、速度、坡段内运行距离（此距离以坡段为单位累计，运行一个坡段后自动清零）、区间运行时分（此时分以区间为单位累计，运行一个区间后自动清零）。 n 右上角“图标”部分为速度曲线各种工况和时分曲线的颜色区分。 n 右侧中部的“参数选择”可针对每一步计算过程，选择工况，速度间隔。如工况为牵引，还要选牵引级位，如工况为空气制动，则需选减压量。选工况时需遵守一定的逻辑牵引工况、空气制动、动力制动相互之间不能直接转换，必须有惰行工况作为过渡。 n 右下角为运算控制部分选择好运行参数（工况、速度间隔），可以点击“继续运算”进行当前节点的计算，系统自动计算走行距离，运行速度等参数，绘制图形，同时在参数列表中显示。点击“退回重算”按钮，用户可退回到某一个节点或前一个工况改变点。 图 33 运行时分计算的界面 3．多机牵引的运算说明 多机牵引时，上述运行参数的选择是针对本务机而言的。其他机车按如下规则进行牵引工况时，如连挂机车为重联同步控制方式，同型号机车取相同级位，不同型号机车按其最大牵引级位牵引力特性曲线取值。动力制动工况时，如其他机车有动力制动功能，则按其动力制动特性曲线取制动力值，如无动力制动功能，则其工况取惰行。 4．列车运行过程中的超速处理 列车在运行过程中运行速度不能超过当前坡段的限制速度，否则列车无法前进。运行中，系统自动监控运行速度，当超过限制速度时，给出警告，如图34。此时用户只能选择“退回重算”，降低牵引级位或改变工况再进行尝试。 图 34 列车超速报警 5．退回重算 图35 为“退回重算”界面。有两种退回方式可以选择退回到某个节点，该节点的参数在界面下方列出，便于确认；也可以选择直接退回到最近的变工况点。选择后，系统自动清除退回经过的各节点数据，重新绘制图形、显示节点参数。此过程不可逆，一旦删除无法恢复。 图 35 运行过程中的退回重算 6．进站试凑 当运行完一个区间或整个计算区段，如需进站停车，一般过程为先转为惰行工况，然后依靠空气制动停车。用户操作过程中往往会出现两种情况 n 停车未到站速度已为零，但列车中心未到达区间终点； n 到站未停车列车中心已到达区间终点，但列车速度并未降为零。 出现“到站未停车”现象说明，不是下闸太晚就是减压量太小，用户需自行利用“退回重算”功能，退回去早点下闸或加大减压量，争取出现第一种情况，即“停车未到站”。在当前坡段为区间最后一个坡段、工况为空气制动的情况下“停车未到站”说明，不是下闸又早了就是减压量又太大了。这时，最好改变下闸地点（稍晚一点点），而别改变减压量。为减少试凑次数，达到快速停车的目的，系统会提供一种辅助功能，给用户一个提示首先退回到变工况点，再惰行一小段距离（速度间隔取为提示的数值），然后按提示的原减压量实施制动，直到停车（参看图36） 。 如果一次不成功，可再重复一次上述操作。通常一次就行，一般不超过三次。 需要说明的是，此过程为辅助功能，用户也可以不理会系统提示，自行操作停车。 图 36 进站停车试凑的系统辅助功能 八、机 车 能 耗 计 算 选择列车运行时分计算的算例，可进行该算例的能耗计算（计算结果不存储）。 参看图37“电力机车牵引”加“内燃机车推送”的示例。计算时，对内燃机车，系统按每个计算节点的机车运行工况、级位和该节点速度和上一节点速度的平均值，从所输入的机车数据库中调出电力机车的有功电流A或内燃机车的单位时间能耗kg/min，按“牵规”的计算公式，算出节点前面这个速度间隔的的能耗（节点能耗），最后进行能耗总计并根据牵引重量和区段运行距离计算其万吨公里能耗。此计算结果不存储。当某台机车能耗数据缺失时，系统给出警告不能进行能耗计算，返回“机车数据”模块，将能耗数据输完整后方能计算。 图37 能耗计算示例 九、紧 急 制 动 距 离 解 算 参看图38，利用此界面可进行浏览、增加、删除等操作。解算界面如图39所示。左侧为计算参数输入部分，右侧为计算结果显示部分。 图 38 紧急制动距离计算算例列表 1．制动机类型 可选择“货车空气制动”、“客车空气制动”、“电控空气制动”三种类型。“空电复合”制动方式暂作为预留功能。 图 39 紧急制动距离计算输入数据 2．车辆数据 根据用户选择的制动机类型，系统自动给出能够选择的车辆类型及其基本阻力公式的三个系数，用户输入牵引重量、牵引辆数、每百kN重的闸瓦压力kN，选择闸瓦类型。 3．机车数据 点击机车数据框中的“编辑”按钮，出现如图40 所示的机车信息界面，输入机车种类、型号、计算重量、单位基本阻力公式三个系数和机车自然台数。最多可选择3台机车。 图 40 紧急制动距离计算编辑机车数据 4．线路数据 可选择已知线路进行计算，也可以手工输入坡段数据。 在无线路文件可利用时，可以根据实际情况逐个输入坡度和长度数据，直至停车。图41 为手工输入坡段数据的界面。 图 41 紧急制动距离计算手工输入线路数据时的计算 图42 为选择已有线路时的计算结果示例。无论是原始线路还是反向得到的线路、摘录得到的线路、化简得到的线路均可选。选择线路后，输入开始制动点的公里标即可进行计算。 图 42 紧急制动距离计算选择已有原始线路的计算 十、制 动 限 速 表 编 制 制动限速表可以将平道、各种下坡道、各种换算制动率下的制动限速集中到一个表格内。通过它既可以查制动限速，也可反查必须的最小换算制动率。图43 为已有算例的列表。可进行增加、删除、浏览等操作。图44 为编制界面。左侧为参数设置，右侧为计算结果（制动限速表）。 图 43 制动限速表编制的算例列表 1．制动机类型 可选择“货车空气制动” 、“客车空气制动” 、“电控空气制动”三种类型。“空电复合”制动方式暂作为预留功能。 2．车辆数据 根据用户选择的制动机类型，系统自动给出能够选择的车辆类型及其基本阻力公式三个系数，用户输入车辆的编组辆数，选择闸瓦类型。 3．运行数据 包括下列五项 百kN重闸瓦压力kN的起始值选择范围为22～34 百kN重闸瓦压力kN的步长（或间隔） 计算制动距离（紧急制动距离限值） 常用制动系数货车一般取为0.5，客车取为0.6,用户也可根据实际情况自行选择 其他因素决定的最高限速km/h其他因素指的是除制动因素之外的线路、机车、车辆的构造速度。当制动限速等于或高于它时，制动限速就没有必要显示了，参看图44右上角的空白区域。 图 44 制动限速表编制所需数据和计算结果 24