关于列车牵引计算系统的研究

周剑

摘 要：介绍了列车牵引计算系统的构成。根据系统数据的处理流程，将系统分为数据库管理模块、数据处理模块、显示界面模块，对各个模块的功能做了详尽说明，并针对各个模块的功能特点作了进一步分析设计。

关键词：牵引计算；数据库管理；数据处理

列车牵引计算是针对有轨交通运输中列车在外力（包括机车牵引力、列车阻力、列车制动力）的作用下沿轨道运行及其有关问题的科学计算。它以力学为基础，以科学实验和先进操纵经验为依据，分析列车运行过程中的各种现象和原理，并用以解算轨道交通运营和设计上的一些主要技术问题和技术经济问题。

列车牵引计算系统是一个复杂的综合系统，涵盖范围广，计算公式繁多，而本文利用系统的观点，将牵引计算看成一个求解多元问题的方法论。在牵引计算系统需求分析的基础上，对系统的功能进行详细设计，将系统划分为三大模块：数据管理模块，数据处理模块和显示界面模块。本设计的目的在于框定列车牵引计算系统的层次结构，定义各个模块的功能、原理及相互关系。

1 系统结构体系

列车牵引计算系统要解决的不是单一问题，而是多个问题组成的集合。它包括：机车、车辆、线路数据的管理；结算列车牵引特性、运行时分、起动加速、机车能耗、制动距离等，并将结果简单明确的显示出来。根据列车牵引计算系统要解决的问题以及要完成的功能的不同，将列车牵引计算系统细分为若干个子模块。每个子模块完成一个相对独立的功能，解决特定单独的问题，然后将所有子模块集合成一个完整的具备所有功能的牵引计算系统。系统的结构体系如图1所示

2 数据库管理模块

数据库管理是指对数据库中的信息进行建立、存取和修改等管理的工作。随着计算机硬件和软件的发展，数据库管理经历了人工管理、文件系统和数据库管理这3个发展阶段。由于采用数据库管理具有数据结构化、数据冗余小、独立性高等特点，可以实现数据的安全性、完整性管理以及实现并发控制和数据恢复的能力。采用数据库管理可以很好的适应牵引计算数据规模大，数据量多的特点。根据牵引计算所需数据类型的不同又可将其细分为机车数据管理、车辆数据管理、线路数据管理以及列车编组管理。它们之间具体的关系以及数据走向如图2所示。

2.1 机车数据管理

机车数据管理模块是从触摸屏、键盘等输入设备，输入机车的车型、机车的牵引特性等列车牵引计算的原始数据，并通过该模块生成相应的机车数据存储在磁盘中供以后计算时调用。

机车数据是牵引计算系统中必不可少的基础数据，它包含两方面即机车基本数据（不随速度变化而改变的数据）和特性数据（随速度变化而改变的数据，包括牵引特性数据、能耗特性数据、制动数据特性和阻力特性等）。

2.2 车辆数据管理

车辆不存在特性数据，在牵引计算中所需车辆数据有：车辆类型、基本阻力计算参数、车辆自重、标记载重、轴承类型、制动机型号、制动闸瓦材料的类型等。对车辆数据的操作不需要考虑其他关联因素，只需要查找相关资料即可。

2.3 线路数据管理

所谓线路数据管理，就是从各种输入设备，输入某条线路或某区间的原始线路数据，并在磁盘中生成相应的线路数据库，供以后计算或反向计算时使用。线路数据管理包含三类，即坡度数据管理、曲线数据管理和标记数据管理。坡度数据包括线路名、线路代码、坡度、坡长等；曲线数据包括线路名、线路代码、曲率半径、曲线长、曲线方向等；标记数据包括线路名、线路代码、标记类型、线路方向等。

2.4 列车编组数据管理

列车编组数据包括机车、车辆的型号及数量，车辆的实际载重量等等。对列车编组数据管理包括列车编组的添加、修改、删除和查询等基本操作。

3 数据处理模块

有了列车牵引计算的原始数据，便可根据要求进行数据处理。

3.1 牵引质量计算

根据线路的坡道限制条件，在给定牵引质量的情况下进行验算是否满足条件。依据满足条件的牵引质量作为该线路的列车牵引质量或采取其他措施提高牵引质量。

3.2 运行时分计算

根据线路条件和列车牵引质量，在机车不同运行工况下，计算出列车在此段线路区间的耗时以及各个时段所在该线路的位置。

3.3 起动加速计算

列车的起动过程是一个复杂的随机过程，列车的起动阻力维持时间短，只能通过多次试验的办法，提出一些计算公式。列车在实际运行中一旦起动，列车阻力就从起动阻力回落到基本阻力，是一个从静态到动态的瞬变过程。

3.4 机车能耗计算

机车能耗是关系到运输成本和机车运用效率的关键参数。对不同工况下的能耗做出精确的计算，有利于安排机车的运用、检修和对运费的核算，合理计算机车的能耗是牵引计算系统中的重点。

3.5 制动性能计算

机车车辆的制动性能是关系到车辆运行安全与否的一个重要因素。机车车辆的制动性能除了要考虑牵引电机、传动系统和制动系统之外，还要考虑轮轨接触的影响。

4 显示界面模块

显示界面模块主要功能是接受外界数据并输入数据处理模块以及将数据处理模块计算后的结果具体形象的表现出来。一个系统的所有人机交互过程都是通过显示界面开始的，因此设计布局合理、功能清晰的显示界面很有必要。

显示界面模块可分为数据库管理界面和牵引计算输出界面。其中数据库管理界面的作用是增加、修改、删除或查询机车车辆数据，牵引计算输出界面则是将各种计算所得的结果数据以屏幕显示、打印输出或网络输出的形式传达给使用者。

5 结语

本文以牵引计算理论为基础，结合基本需求进行了改进，设计了列车牵引系统。通过对多条实际线路进行测试，该系统能较好地适应各种不同平纵断面的计算。

参考文献

[1] 饶忠.列车牵引计算[M]. 北京：中国铁道出版社， 1999.

[2] 王珊，陈红.数据库系统原理[M]. 清华大学出版社， 2004.

[3] TB/T 1407-1998. 列车牵引计算规程[S].

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