СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
METHOD OF CONTROLLING TRAIN SPEED

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано для регулирования движения поездов.
Уровень техники
Известен способ регулирования скорости поездов, который основан на использовании автоблокировки, дополненной устройствами автоматической локомотивной сигнализацией [Устройства автоматики телемеханики и связи. Часть I. Шалягин Д.В., Цыбуля Н.А., Косенко С.С., Волков А.А. и др. - М.: Маршрут, 2006 (стр. 314-322)]. Машинист получает информацию от напольных и локомотивного светофоров, по сигналам которых осуществляет регулирование скорости движения поезда.
Недостатком известного способа является то, что машинист должен самостоятельно, на основании своего опыта, с использованием плана и профиля пути, параметров поезда, графика регулировать скорость поезда.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является использование способа регулирования скорости поезда с участием унифицированная автоматической локомотивной сигнализации АЛСУ [Устройства автоматики телемеханики и связи. Часть I. Шалягин Д.В., Цыбуля Н.А., Косенко С.С., Волков А.А. и др. - М.: Маршрут, 2006 (стр. 322-331)], этот способ выбран в качестве прототипа. В системе АЛСУ информация о допустимой скорости движения поезда передается огнями локомотивного светофора ЛС с индикацией контролируемой скорости ИКС в цифровом отображении. Показания светофоров зависят от количества свободных путевых участков, от конфигурации маршрута и марок крестовин маршрутных стрелок. Применяют также дополнительное устройство сигнализации и индикации: индикатор превышения контролируемой скорости ИПКС, индикатор контроля бдительности машиниста ИКБМ, индикатор фактической скорости движения ИФС, звуковую сигнализацию свистком электропневматического клапана ЭПК. При приеме поезда на станцию на локомотив передается информация об установленном маршруте приема на главный или боковой путь. При установке маршрута на боковой путь машинист информируется о марке крестовины стрелки (1/11, 1/18, 1/22), т.е. о допустимой скорости входа поезда на станцию. Аналогичная информация передается на локомотив при отправлении поезда. При зеленом огне на ЛС превышение контролируемой скорости можно контролировать автоматически, а при необходимости - только машинистом. С учетом вышеперечисленных параметров машинист регулирует скорость движения поезда.
Недостатком устройства является то, что на локомотив не передается информация о времени прибытия и отправления поезда, времени хода поезда по перегону с учетом складывающейся поездной ситуации (опоздания поездов и т.д.), информации о скорости с учетом плана и профиля пути, веса и длины поезда, об уходе хвоста поезда со стрелочной зоны. Перечисленные проблемы должны решаться с участием машиниста.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является определение оптимальной скорости движения поездов с учетом заданного времени хода поезда по перегонам и станциям, повышение безопасности движения поездов и пропускной способности, снижение затрат электроэнергии на тягу поездов, повышение точности выполнения графика движения поездов.
Технический результат достигается тем, что способ регулирования скорости движения поездов с учетом количества свободных впереди лежащих путевых участков, конфигурации маршрута и марок крестовин маршрутных стрелок, дополняется тем, что для автоматического регулирования скорости движения поезда на локомотиве устанавливается ЭВМ без опасных отказов, пульт-табло для представления на нем кривой скорости движения поезда, электромеханическое устройство для управления краном машиниста и контроллером, которые с помощью ЭВМ поддерживают прогнозную скорость, в память ЭВМ хранятся кривые скорости для перегонов и станций всего пути следования локомотива, рассчитанные с учетом параметров пути и подвижного состава для различных фиксированных интервалов времени следования поезда по перегонам и станциям, а, следовательно, с различными фиксированными скоростями, при вступлении поезда на участок со скоростью отличной от скорости, для которых просчитаны кривые скорости, определяются конфигурации дополнительных кривых скорости методом интерполирования по кривым скорости хранящихся в памяти локомотивной ЭВМ, с учетом заданного времени следования поезда по участку, определяется среднее значение скорости, а затем и скорость выхода, которая равна сумме скорости входа и удвоенного значения разницы между скоростью входа и средней скоростью движения поезда по участку, затем по скорости выхода поезда с участка определяется кривая скорости, так же методом интерполяции, соответствующая скорости выхода поезда с участка, по найденным кривым, так же методом интерполяции, находится кривая скорости между точкой входа на участок и точкой выхода с участка, что позволяет обойтись без кривых, у которых скорость входа и выхода не соответствуют друг другу.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены кривые скорости для головы поезда на фиг. 2 - зоны связи поездных и станционных радиостанций, зоны контроля путевых участков; на фиг. 3 - кривые скорости для головы поезда с разным временем хода по перегону; на фиг. 4 - кривые (линии) скорости при равномерном или равноускоренном движении; на фиг. 5 - кривые скорости при неравномерном движении.
Осуществление изобретения
Обозначения на фиг. 1-5:
1, 2 - станция А и Б;
3 - перегон с километровыми метками;
4 - кривая скорости пассажирского поезда;
5 - кривая пониженной скорости пассажирского поезда;
6 - кривая скорости грузового поезда;
7 - кривая пониженной скорости грузового поезда;
8 - семейство кривых торможения с остановкой перед границей путевого участка (рельсовой цепи);
9 - семейство кривых подхода поезда;
10 - семейство кривых скорости движения поездов останавливающихся перед станцией;
11 - семейство кривых скорости движения поездов останавливающихся на станции;
12 - семейство кривых скорости движения поездов проходящих станцию без остановки;
13 - места включения и выключения локомотивных радиостанций РСл найденные с участием приемников системы спутниковой навигации ПССН;
14 - зона связи радиостанции РС1 ст. А с поездами;
15 - зона связи радиостанции РС2 ст. Б с поездами;
16 - зона связи радиостанции РС3 ст. В с поездами;
17 - зона контроля путевых участков устройствами, находящимися на ст. А;
18 - зона контроля путевых участков устройствами, находящимися на ст. Б;
19 - зона контроля путевых участков устройствами, находящимися на ст. В;
20 - станция В;
21 - кривая скорости со временем хода 10 мин;
22 - кривая скорости со временем хода 17 мин;
23 - кривая скорости со временем хода 20 мин;
24 - кривая максимальной скорости (скорость выхода) при равномерном движении со временем хода 0,23 ч;
25 - кривая минимальной скорости (скорость входа) при равномерном движении со временем хода 0,44 ч;
26 - кривая средней скорости при равномерном движении со временем хода 0,29 ч;
27 - кривая скорости с постоянным ускорением (расчетная скорость) со временем хода 0,29 ч;
28 - кривая максимальной скорости при неравномерном движении;
29 - кривая минимальной скорости при неравномерном движении;
30 - кривая средней скорости при неравномерном движении;
31 - кривая скорости с ускорением со временем хода.
Действие способа осуществляется следующим образом. В памяти локомотивной ЭВМЛ хранится информация о кривых скорости движения по перегонам и станциям для всего маршрута следования локомотива в составе поезда с учетом параметров пути и подвижного состава, в т.ч. и путевого развитии станций и перегонов. На локомотив передается информация о времени приема поезда на станцию и отправления его со станции, а также номере пути приема поезда на станцию и номере пути отправления его со станции. По времени приема поезда на станцию и его отправления определяется интервал времени хода поезда по перегону и станции, а также расчетная скорость движения, которая не должна превышать скорость движения по условиям безопасности. Кривые скорости движения поезда рассчитаны на различные скоростные режимы с интервалом 10 км/ч. Для расчета целесообразно выбрать точку пути (для примера точку R0 на фиг. 5), где наблюдается максимальная скорость. Это способствует более точному определению скорости. Отправление поезда на перегон может осуществляться со скоростью, которая не соответствует кривым скорости, хранящимся в памяти. Например, в памяти ЭВМЛ хранятся кривые, рассчитанные на скорость 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100 км/ч. При этом время хода поезда по расчетному участку (перегон и станция общей длиной 20 км) составляет соответственно 2; 1; 0,66; 0,5; 0,4, 0,33; 0,28; 0,25; 0,22; 0,2 ч. В случае, когда скорость входа поезда на перегон не совпадает с кривыми скоростей, хранящимися в памяти ЭВМЛ, то определяется интерполяционная кривая, с учетом скорости входа.
Однако в памяти ЭВМЛ нет кривых, которые могли бы быть использованы при движении с ускорением или замедлением по всему перегону. Для этого предложен прием расчета, который описывается ниже.
Вначале рассмотрим движение поезда по кривым, представленным на фиг. 1, где показаны условные обозначения станций 1 и 2, перегона 3, и кривые скорости движения поезда 4-12. Кривые (прямые) скорости на фиг. 1, 3, 4 и 5 приведены для головы поезда. Кривые скорости 4 и 5 относятся к пассажирским поездам с установленной и пониженной скоростью, кривые скорости 6 и 7 - к грузовым поездам с установленной и пониженной скоростью, кривые 8 - кривые торможения с остановкой перед занятым или неисправным участком пути, кривые 9 - кривые движения поездов подходящих к станции, кривые 10 - кривые движения поездов останавливающихся перед станцией, кривые 11 - кривые движения поездов принимаемых на станцию, кривые 12 - кривые движения поездов проходящих станцию без остановки.
На фиг. 2 показаны координаты 13 точек включения ВК и отключения ОТ локомотивных радиостанций РСл по сигналам с приемника спутниковой системы навигации ПССН. Зона связи локомотивных радиостанций со станционной радиостанцией РС1 ст. А обозначена пунктом 14, зона связи локомотивных радиостанций со станционной радиостанцией РС2 ст. Б - пунктом 15, зона связи локомотивных радиостанций со станционной радиостанцией РС3 ст. В - пунктом 16. Координаты включения и отключения радиостанций нечетных поездов имеют обозначения соответственно ВКн и ОТн, четных поездов - ВКч и ОТч. Таким образом, каждая локомотивная радиостанция РСл на перегоне связана с двумя станционными радиостанциями РСС станций прилегающих к перегону, а на станции - только с одной станционной радиостанцией. Зона контроля путевых участков части перегонов прилегающих к станции А обозначена пунктом 17, зона контроля путевых участков части перегона прилегающих к станции Б - пунктом 18, зона контроля путевых участков части перегона прилегающих к станции В - пунктом 19, станция В - пунктом 20. Каждая станционная радиостанция РСС передает на локомотивные радиостанции РСЛ, находящиеся в зоне связи, информацию о состоянии впередилежащих путевых участках, установленном маршруте приема и отправления, времени приема поезда на станцию и отправления его со станции. На локомотивном пульт-табло (на фиг. 1-5 не изображено) впередилежащие свободные и подготовленные (замкнутые) станционные и перегонные путевые участки обозначены зеленой линией со стрелкой на конце, которая указывает на место остановки поезда.
На фиг. 3 приведены кривые скорости 21, 22 и 23 с указанием времени хода по перегону 3 и станции 2 соответственно 10, 17 и 20 мин.
На фиг. 4 показаны условные обозначения станций А и Б, перегона, а также кривые (прямые) скорости для равномерного движения при максимальной скорости 24 (скорость выхода поезда с расчетного участка отрезка ОК 78 км/ч), при минимальной скорости 25 (скорость вступления поезда на расчетный участок 38 км/ч), при средней скорости (по расчетному участку 58 км/ч) 26 и для равноускоренного движения (по расчетному участку) 27. Кроме того, там же приведены: шкала скорости V, шкала времени Т и шкала пути L. Расчетным участком РУ является совокупность перегона 3 и станции 2 (отрезок ОК). Кривых (прямых) для скоростей 78, 58 и 38 в памяти локомотивной вычислительной машины нет. Линия DC соответствует скорости 78 км/ч, линия MN - скорости 58 км/ч, линия АВ соответствует скорости 38 км/ч, при равномерном движении точки этих линий лежат на прямой. Обозначения T1, Т2, Т3 и Т4 обозначают время хода при скорости движения поезда соответственно 38 км/ч, 58 км/ч, 78 км/ч и при равноускоренном движении.
O L16
СК
КВ
BN
Скорость входа поезда на РУ Vвх задана, ей соответствует точка А. Скорость выхода поезда с РУ определяется по значению времени входа поезда на РУ и времени хода по нему. Первоначально рассчитывают время хода поезда по РУ Тпер=Твых-Твх, затем - средняя скорость движения поезда по РУ Vвх=/Тпер, и потом скорость выхода поезда с перегона, которая равна сумме скорости входа поезда на РУ и удвоенной разнице между средней скоростью и скоростью входа на РУ, т.е. =+2⋅. Подчеркнутые буквы обозначают концы отрезков линий. Точка С соответствует скорости выхода поезда с РУ. Линия АС и есть кривая (прямая) скорости движения по РУ.
А1 А
А2 А
DC
D1 D
D2 D
При неравномерном движении все линии являются кривыми. Линия АВ находится методом интерполяции относительно линий проведенных через точки V30 и V40 с участием длин отрезков  и . Линия  находится методом интерполяции относительно линий проведенных через точки V70 и V80 с участием длин отрезков  и . Одноименные кривые представлены на фиг. 5. Линия АС находится по точкам R, Е, Р, которые определяются так же методом интерполяции по уравнениям:
R R0
R1 R0
R2 R1
O L4
O L16
Е Е0
E1 Е0
Е2 E1
O L8
O L16
=+/(/); =+/(/);
Р Р0
P1 Р0
Р2 P1
O L12
O L16
=+/(/). Остальные точки этой линии (на фиг. 5 они не обозначены) определяются аналогично. Таким образом, определяются координаты точек R, Е и Р линии АС. Прогнозируемая кривая скорости АС выводится на экран локомотивного пульт-табло, а электромеханическое устройство управления ЭМУУ под воздействием машины ЭВМЛ регулирует позиции локомотивного контроллера и крана машиниста с целью поддержания фактической скорости в соответствии с прогнозируемой скоростью. Воздействие на локомотивный контроллер и кран машиниста происходит тогда, когда возникает критическое несоответствие между фактической и прогнозируемой скоростью, например 3%. Устройство ЭМУУ исключает превышение фактической скорости движения над максимально допустимой. Фактическая скорость должна быть ниже 98% от значения максимально допустимой. Если этого не происходит, то машинист должен брать управление на себя, в противном случае устройство ЭМУУ осуществляет экстренное торможение.
На основании выше представленного можно заключить, что для регулирования скорости поезда, когда скорости движения поезда по смежным перегонам не равны, достаточно иметь в памяти локомотивной ЭВМЛ семейство кривых скорости рассчитанных с учетом параметров пути и поезда с интервалом I=10 км/ч для точки пути, где скорость движения максимальна. Значение интервала I=10 км/ч приведено в качестве примера. В условиях эксплуатации оно может быть выбрано другим или иметь разные значения при разных скоростях.