СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УЧЕТА НАГРУЗОК БОКОВОГО ВЕТРА ДЛЯ НАХОДЯЩЕГОСЯ В ДВИЖЕНИИ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СООТВЕТСТВЕННО ВЫПОЛНЕННЫЙ ПОСЛЕДНИЙ ВАГОН РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD FOR DETERMINING AND CONSIDERING SIDE WIND LOADS FOR MOVING RAIL VEHICLE, AND SUITABLY MADE LAST CARRIAGE OF RAIL VEHICLE

Изобретение относится к способу для определения и учета нагрузок бокового ветра для находящегося в движении рельсового транспортного средства, в частности такого, которое перемещается со сравнительно высокой скоростью движения, например от 200 до 400 км/ч. Изобретение также относится к последнему (хвостовому) вагону рельсового транспортного средства, который выполнен для осуществления этих обоих способов.
Возникающий боковой ветер представляет для поездов, особенно при названных высоких скоростях, опасность схода с рельсов, особенно в том случае, когда сильный боковой ветер, например более 20 м/с, дополняется неблагоприятными условиями расположения рельсов (например, кривизна, геометрические ошибки положения). Очевидно, что следует минимизировать риск схода с рельсов. В этой связи компанией DB AG (Железные дороги Федеративной Республики Германии) выпущены новые нормативы, посредством которых потенциал опасности, основанный на нагрузке бокового ветра для скоростных пассажирских поездов, должен быть снижен. Эти нормативы предписывают, что любое транспортное средство в любой момент должно иметь на каждое колесо силы, действующие на опорную поверхность колеса, составляющие, по меньшей мере, 10% от его сил, действующих на опорную поверхность в состоянии покоя. Соответствующая статья под заголовком “Seitenwindgefahr für schnelle Reisezüge?” опубликована в EI-Eisenbahningenieur (53) 10/2002, S.24.
Чтобы избежать опасности схода с рельсов по причине бокового ветра, также возможно оказывать влияние на оформление маршрута, при этом, например, устанавливаются ветрозащитные стенки или ветрозащитные ограды. На боковых сторонах транспортного средства за счет аэродинамического придания формы и придания устойчивости именно, как правило, наиболее затронутого этим последнего вагона, который ведет состав, силы, действующие на опорную поверхность, могут быть увеличены. Также параметры динамики движения ходового механизма, такие как массы, жесткости амортизаторов и их геометрическое расположение, влияют на силы, действующие на опорную поверхность поезда или рельсового транспортного средства. Наряду с мерами на маршруте (пути следования) и рельсовом транспортном средстве проблема надежности движения при боковом ветре при условиях чрезвычайно сильного ветра решается эксплуатационными мерами снижения скорости движения. В таких ситуациях сильного ветра предписывается сниженная максимальная скорость в зависимости от характеристической кривой ветра (WKK) рельсового транспортного средства. Предпосылкой для этого являются возможности измерения ветра и возможности предупреждения с достаточной разрешающей способностью по местоположению и следующими из этого ручными вмешательствами со стороны диспетчерской службы движения.
Исходя из этого задачей изобретения является создать способ, с помощью которого обеспечивается повышенная надежность в отношении схода с рельсов рельсовых транспортных средств в движении при проявляющемся боковом ветре.
Эта задача решается способом для определения нагрузок бокового ветра в рельсовом транспортном средстве, находящемся в движении, с этапами:
а) определение аэродинамических данных измерения (например, давлений) на, по меньшей мере, одном первом боковом участке поверхности рельсового транспортного средства,
b) определение скорости рельсового транспортного средства,
с) доступ к просмотровой таблице, которая содержит взаимосвязи между определенными на этапе (а) аэродинамическими измеренными данными находящегося в движении рельсового транспортного средства и соответствующим направлением набегающего потока находящегося в движении рельсового транспортного средства,
d) вычисление величины и направления преобладающего бокового ветра на основе измеренных данных из этапа (а), скорости транспортного средства из этапа (b) и просмотровой таблицы, к которой осуществлялся доступ на этапе (с),
е) определение участка рельсового пути, внутри которого проводится измерение из этапа (а), и
f) сохранение вычисленных на этапе (d) данных бокового ветра в соответствии с определенным на этапе (е) участком рельсового пути в качестве координат местоположения.
Этот способ обеспечивает возможность, для участка рельсового пути, на котором предпринимаются измерения данных бокового ветра для находящегося в движении рельсового транспортного средства, сделать выводы о текущих условиях бокового ветра и вывести прогнозы об условиях бокового ветра для непосредственно следующих проходимых участков рельсового пути. Различные этапы способа позволяют в целом получить значения для соответственно текущего бокового ветра и в комбинации с информацией местоположения и предпочтительно также временной информацией (дата и время) сохранять и при прогнозируемой угрозе бокового ветра вызывать снижение скорости. В особенно простом случае этот способ выполняется, например, только на таких участках рельсового пути, для которых заранее известно, что следует считаться с повышенными нагрузками бокового ветра. Разумеется, данный способ при повторном прохождении рельсового пути может затем вновь выполняться, а именно для тех же участков рельсового пути, для которых уже были определены данные бокового ветра. Это обеспечивает возможность выполнения, например, надежной статистической обработки для измеренных значений бокового ветра по множеству прохождений участка рельсового пути.
Разумеется, является благоприятным, если на этапе (а) определяются дополнительные измеренные данные для, по меньшей мере, одного, по существу, противолежащего первому боковому участку поверхности второго бокового участка поверхности рельсового транспортного средства.
Разумеется, является также благоприятным, если на этапе (а) дополнительные измеренные данные определяются для, по меньшей мере, одного, по существу, противолежащего первому боковому участку поверхности второго бокового участка поверхности и на месте измерения головной части рельсового транспортного средства, лежащем, по существу, на продольной средней линии. Если, например, для проведения способа на любой стороне и в середине рельсового транспортного средства, в частности на головном участке его последнего вагона, предусмотрены аэродинамические датчики, то измеренные значения могут определяться от всех датчиков, чтобы получить выводы о нагрузках бокового ветра.
Для случая, когда уже имеется информация о том, с какого значения возникает потенциальная опасность от нагрузок бокового ветра (например, в форме характеристической кривой ветра для рельсового транспортного средства), на этапе (f) рассчитанное на этапе (d) давление бокового ветра может сохраняться для ограничения объема данных только при превышении заданного порогового значения, с которого может возникать опасность для рельсового транспортного средства.
Способ может, в отношении этапов (а)-(f), для получения профиля бокового ветра для определенного участка рельсового пути во время прохождения последнего проводиться повторно. При соответствующей разрешающей способности по местоположению для проведения способа получается соответственно точный профиль бокового ветра, который является репрезентативным для нагрузок бокового ветра соответствующего участка рельсового пути.
Вышеуказанная задача, кроме того, решается способом для учета условий бокового ветра для находящегося в движении рельсового транспортного средства с этапами:
А) получения профиля бокового ветра для определенного участка рельсового пути во время прохождения последнего;
В) прогнозирования условий бокового ветра для расположенного впереди участка рельсового пути на основе полученного на этапе (А) профиля бокового ветра.
Для осуществления этого способа можно, в частности, прибегать к описанному выше способу для определения нагрузок бокового ветра и его формам выполнения, при котором получают зависимый от участка профиль бокового ветра. Для прогнозирования условий бокового ветра после этапа (В) пригодны прежде всего следующие этапы:
g) прогнозирование условий бокового ветра на участке пути, лежащем непосредственно перед рельсовым транспортным средством;
h) определение относительно условий бокового ветра максимально допустимой скорости движения на участке пути, лежащем непосредственно перед рельсовым транспортным средством, путем доступа к просмотровой таблице, которая содержит данные, специфические для ряда конструкций транспортных средств;
i) передача максимально допустимой скорости движения, относящейся к прогнозированным условиям бокового ветра, к лицу, осуществляющему управление движением транспортного средства, или лицам или техническим устройствам, например средствам управления движением поезда.
Выполняемый на этапе (g) прогноз условий бокового ветра для расположенного впереди участка рельсового пути может определяться непосредственно на текущем состоянии полученного профиля бокового ветра для проходимого участка рельсового пути. Разумеется, для прогноза на этапе (g) могут подходить более ранние, полученные для расположенного впереди участка рельсового пути профили бокового ветра.
Для улучшения результата прогноза на этапе (g) в прогноз могут также вводиться результаты измерений от стационарных устройств измерения ветра вблизи участка рельсового пути. В общем случае предпочтительным является оценивать для прогноза любую информацию из профиля бокового ветра, которая может измеряться непосредственно в текущий момент, или также более ранние профили бокового ветра оценивать в отношении нагрузок бокового ветра вдоль участка рельсового пути.
Прогноз условий бокового ветра на этапе (g) может осуществляться с помощью вычислительного способа корреляционной обработки, который использует корреляцию между текущими и определенными в прошлом данными измерений пройденного пути, чтобы вывести прогноз относительно условий бокового ветра на лежащем непосредственно перед рельсовым транспортным средством участке посредством относящихся к нему прошлых данных измерений.
Данные, требуемые для прогноза бокового ветра на этапе (g), могут собираться и сохраняться в поезде или централизованно. Для централизованного сбора данных, требуемых на этапе (g), предпочтительным является сообщать их стационарному центральному вычислителю, который, например, может относиться к центральному пульту управления участка пути. Здесь может собираться общая информация об условиях бокового ветра от участков рельсового пути и, при необходимости, устанавливаться во взаимосвязи одна с другой. Доступ к данным стационарного центрального вычислителя обеспечивает затем возможность дальнейшего улучшения результатов прогноза на этапе (g).
На этапе (h) из определенного на этапе (g) прогноза бокового ветра посредством просмотровой таблицы из прогнозированных условий бокового ветра, которые описываются, например, посредством скорости бокового ветра, определяется максимальная допустимая скорость движения. Эта взаимосвязь между условиями бокового ветра и максимальной допустимой скоростью движения по отношению к боковому ветру является специфической для модельного ряда транспортных средств.
На этапе (i) определенная на этапе (h) максимальная допустимая скорость движения может подаваться машинисту локомотива или моторного вагона или на техническое устройство управления поездом. Соответствующие указания по режиму работы или реализованные в техническом устройстве процессы регулируют выводимые из этого действия или управляющие сигналы.
Также предпочтительным образом рассматривается то, что на этапе (g) при прогнозе учитываются данные измерения ветра, определенные для, по меньшей мере, одного другого рельсового транспортного средства, которое, в частности, на том же участке движется в том же направлении или на том же участке движется в противоположном направлении. В этом случае возможно данные измерений о боковом ветре для участка рельсового пути, лежащего непосредственно впереди, получать, по существу, в реальном времени. В этом случае получается особенно надежный прогноз для условий бокового ветра, которые рельсовое транспортное средство будет испытывать вскоре.
Наряду с получаемым в текущий момент профилем бокового ветра или также ранее определенными профилями бокового ветра для соответствующего модельного ряда рельсового транспортного средства и определенного участка рельсового пути, на этапе (g) могут учитываться дополнительные функции. Они предпочтительным образом выбираются из группы, которая включает в себя проверку достоверности между данными обоих рельсовых транспортных средств, избыточность данных и запрос дополнительных данных о ветре от предварительно определенных точек участка рельсового пути. Эти функции частично ограничены формой выполнения изобретения, при которой текущим образом собираются данные измерений от другого рельсового транспортного средства.
Этапы (g)-(i) или их части или дополнительные функции могут быть реализованы в стационарном центральном вычислителе, который имеет соединения связи с рельсовыми транспортными средствами. Однако также возможно, что функции реализуются на одном из рельсовых транспортных средств, участвующих в способе, и должно требоваться только прямое соединение связи между рельсовыми транспортными средствами.
В ходе дальнейшего развития способа следующий этап после определения прогноза согласно этапу (В) состоит в том, чтобы на этапе (С) результат этапа (В) относительно прогноза условий бокового ветра преобразовать в операцию по вмешательству в управление скоростью рельсового транспортного средства. Это означает ничто иное, как возможность вмешательства в управление поездом, если прогнозированные условия бокового ветра требуют этого. При этом вмешательство в управление поездом может происходить вручную, при этом результат прогноза визуализируется, например, обслуживающему персоналу, который на этой основе предпринимает действие вмешательства в управление поездом. Однако также возможно, что результат прогноза преобразуется в соответствующий сигнал управления, который затем автоматически может вводиться в управление поездом.
Вышеуказанная задача также решается посредством последнего вагона рельсового транспортного средства с
воспринимающим устройством для данных измерения бокового ветра на, по меньшей мере, одном первом боковом участке поверхности последнего вагона,
воспринимающим устройством для скорости рельсового транспортного средства,
устройством восприятия и обработки данных измерений для обращения к просмотровой таблице, которая содержит взаимосвязи между воспринятыми данными измерений бокового ветра и соответствующих им абсолютным давлениям бокового ветра и для вычисления величины и направления бокового ветра на участке поверхности на основе измеренных данных бокового ветра, скорости рельсового транспортного средства и просмотровой таблицы.
Дальнейшие варианты выполнения такого последнего вагона содержатся в зависимых пунктах 20-26 и касаются, в первую очередь, технических элементов оснащения, таких как аэродинамические датчики, которые позволяют осуществить этапы способа, как пояснено выше.
Примеры выполнения изобретения поясняются далее более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг.1 - блок-схема системы для учета нагрузок бокового ветра при управлении рельсовым транспортным средством,
Фиг.2 - блок-схема системы для учета нагрузок бокового ветра при управлении рельсовым транспортным средством согласно второй форме выполнения, при которой данные измерений бокового ветра принимаются от другого рельсового транспортного средства,
Фиг.3 - блок-схема системы для учета нагрузок бокового ветра при управлении рельсовым транспортным средством согласно второй форме выполнения, при которой выполняется обращение к стационарному центральному вычислителю центрального пульта управления участка пути.
Представленная на Фиг.1 блок-схема системы для учета нагрузок бокового ветра рельсового транспортного средства показывает на левой стороне некоторое число датчиков измеренных значений, в частности три аэродинамических датчика давления DS1, DS2, DS3, воспринимающее устройство GE для скорости рельсового транспортного средства, а также участка рельсового пути, например, в форме датчика пути WA, воспринимающего километр эксплуатационной длины. Аэродинамические датчики давления DS1, DS2, DS3 вырабатывают данные, значения которых вместе со значениями воспринимающего устройства GE и датчика пути WA передаются на устройство MEV восприятия и обработки данных измерений. Аэродинамические датчики давления DS1, DS2, DS3 предпочтительнее расположены в головной части последнего вагона или рельсового транспортного средства, в частности DS1 и DS2 на его противолежащих сторонах, а DS3 с фронтальной стороны вблизи критической точки обтекаемого потоком последнего вагона или рельсового транспортного средства. Устройство MEV восприятия и обработки данных измерений вычисляет преобладающий боковой ветер и, в частности, преобладающую скорость бокового ветра из данных измерений воспринимающего устройства GE для скорости рельсового транспортного средства из измеренных значений датчиков давления DS1, DS2, DS3 и обращается для этого к просмотровой таблице, в которой измеренные значения датчиков давления DS1, DS2, DS3 соотнесены с углом набегающего потока. Такая просмотровая таблица может быть сформирована, например, заранее в рамках вычислений компьютерного моделирования, опытов в аэродинамической трубе или при движении поездов. Просмотровая таблица может быть в форме многомерной параметрической поверхности.
На основе определенных данных бокового ветра и относящегося к нему значения километра эксплуатационной длины и соответствующей метки даты с помощью устройства MEV восприятия и обработки данных измерений осуществляется запись в запоминающее устройство (ЗУ) SP, в котором данные бокового ветра постоянно собираются с соотнесением к километрам эксплуатационного пути в качестве координат местоположения. Таким способом показанное на Фиг.1 устройство «изучает» условия бокового ветра при прохождении заранее определенного участка рельсового пути.
Прогнозирующее устройство РЕ для прогнозирования условий бокового ветра для непосредственно впереди расположенного участка рельсового пути, например в несколько километров, обращается к данным в ЗУ SP и анализирует их. Например, корреляция между данными бокового ветра только что пройденных километров пути с предшествующими данными бокового ветра для того же участка пути может предоставить прогноз для лежащих впереди километров пути. Для этой цели в ЗУ SP могут быть привлечены не только текущие полученные измеренные данные бокового ветра, но и ранее полученные для того же участка рельсового пути профили бокового ветра. Как раз ранее полученные профили бокового ветра могут анализироваться на наличие опасных с точки зрения бокового ветра участков рельсового пути или в отношении других аспектов, так что результаты такого прогноза могут учитываться прогнозирующим устройством РЕ.
Выходной сигнал прогнозирующего устройства РЕ указывает тогда для наступающего участка рельсового пути ожидаемые нагрузки бокового ветра и подается на средство управления GS скоростью рельсового транспортного средства. Это средство управления GS скоростью может простым способом выдавать предупредительные сигналы, когда следует ожидать нагрузок бокового ветра, означающих опасность, или само автоматически вмешивается в управление скоростью рельсового транспортного средства. Подобное автоматическое вмешательство может заключаться в автоматическом ограничении максимальной скорости рельсового транспортного средства. Средство управления GS скоростью может находиться на центральном пульте управления участка пути и посредством соединения связи в необходимом случае оказывать влияние на максимальную скорость соответствующего рельсового транспортного средства.
Форма выполнения устройства для учета нагрузок бокового ветра для находящегося в движении рельсового транспортного средства согласно Фиг.2 имеет одно отличие от того, которое пояснено со ссылкой на Фиг.1. Прогнозирующее устройство РЕ связано с приемником DÜE передачи данных. Посредством него рассматриваемое здесь рельсовое транспортное средство принимает данные от другого рельсового транспортного средства, которое находится перед рассматриваемым рельсовым транспортным средством на том же участке рельсового пути и движется в том же или противоположном направлении. Это другое рельсовое транспортное средство оснащено подобными измерительными датчиками, как и поясненные выше, а также оснащено устройством MEV восприятия и обработки данных измерений. Текущие полученные пакеты данных из данных бокового ветра, указаний километра участка пути и временной метки, которые переданы от другого рельсового транспортного средства, от приемника DÜE передачи данных передаются на прогнозирующее устройство РЕ, которое эти данные измерений включает в прогноз, который должен быть решающим для лежащих впереди километров пути рельсового транспортного средства. Рельсовое транспортное средство само может быть оснащено передатчиком DÜS передачи данных, как представлено на Фиг.2, так что рассматриваемое здесь рельсовое транспортное средство также может функционировать как другое рельсовое транспортное средство, которое передает данные измерений. Передача данных между рельсовыми транспортными средствами может происходить с использованием существующих сред связи.
Устройство по Фиг.3 имеет особенность по сравнению с устройством по Фиг.2, состоящую в том, что происходит обмен данными со стационарным центральным вычислителем ZR центрального пульта управления участка пути. В типовом случае вновь выбирается существующая надежная среда связи, чтобы обеспечить возможность обмена данными между рельсовым транспортным средством, с одной стороны, и стационарным центральным вычислителем ZR, с другой стороны, причем на Фиг.3 не показаны соответствующие приемопередающие устройства. Находящееся в поезде устройство MEV восприятия и обработки данных измерений посылает свои пакеты данных, состоящие из данных бокового ветра, указаний километра участка пути и временной метки, на стационарный центральный вычислитель ZR, так что в этом месте получают профиль бокового ветра для проходимого участка рельсового пути. Анализ на наличие участков с высокой опасностью бокового ветра или подобного также производится в стационарном центральном вычислителе ZR. Результаты анализа передаются от стационарного центрального вычислителя ZR на прогнозирующее устройство РЕ. Помимо этого, в стационарном центральном вычислителе ZR имеется дополнительная информация, например дополнительные данные о ветре из выбранных репрезентативных или экспонированных точек участка пути для рельсового пути или информация одной или более квалифицированных метеослужб. Если форма выполнения по Фиг.3 комбинируется с формой выполнения по Фиг.2, то есть предоставляются другие измеренные данные бокового ветра от другого рельсового транспортного средства, то в стационарном центральном вычислителе ZR можно, например, выполнять проверку на достоверность или проверку избыточности. Таким путем проверяется, согласуются ли между собой полученные от обоих рассматриваемых рельсовых транспортных средств данные бокового ветра по величине и направлению.
Обеспечиваемые изобретением существенные преимущества ниже суммируются следующим образом.
Рельсовое транспортное средство может эксплуатироваться более надежно и при возникновении сильного бокового ветра. При этом требуемое для надежности снижение скорости может, в принципе, минимизироваться, то есть максимальная скорость снижается только в случае прогнозируемого опасного бокового ветра. Это может происходить полностью независимо от метеослужб путем сигнализированного ручного вмешательства или, предпочтительнее, автоматически путем управления поездом. Еще одним положительным с точки зрения эксплуатирующей службы и пассажиров следствием является повышенная пунктуальность рельсового транспортного средства. В остальном, для эксплуатирующей службы рельсового транспортного средства благоприятным является то, что, в отношении установки и технического обслуживания, может исключаться необходимость в дорогостоящих конструкционных мероприятиях на участке пути (например, ветрозащитные щиты) и на стороне транспортного средства (например, максимизация сил, действующих на опорную поверхность колеса в ведущей поворотной стойке последнего вагона за счет балласта).