动车组牵引计算仿真系统的分析

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1、致谢本论文的工作是在我的导师龚卓蓉悉心指导下完成的，龚老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。她不仅悉心指导我们完成了实验室的科研工作，对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，而且在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此衷心感谢两年来龚老师对我的关心和指导。在实验室工作及撰写论文期间，扈园园、刘莹、王辉、邓圣鹏和王秀红同学对我论文的研究工作给予了热情帮助；此外，在实验室工作及撰写论文期间，王子成、王燕、赵剑飞等同学对毕业设计的相关研究也提出许多宝贵的意见。在此向这些给予我帮助的同学们表达我的感激之情。最后特别感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完

2、成我的学、Ik。1绪论1．1选题的意义及背景动车组作为现代城市快速、便捷、清洁和高效的交通工具，已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现代化的重要标志。经过30多年的改革开放，中国的经济实力和综合国力显著增强。随着经济的迅速发展，我国正处于城市化浪潮涌起的阶段，城市人口和规模迅速膨胀，原有的低中速铁路系统已远不能满足人们日常出行的需要。加之土地、能源、路网容量等资源因素的约束，运输速度快，对环境影响小、单位能耗低、乘坐舒适、安全的铁路交通系统越来越受到重视，轨道交通一旦发生了运行异常，影响人数较多，造成的影响较大，如果发生了恶性事故，造成的损失也是巨大的。这说明，运输的安全运

3、行对国计民生有着非常重要的作用。随着中国铁路大提速以及高速铁路的发展，对高速动车组的乘务员及检修人员进行动车组牵引运行的控制及故障监控训练，己经是培养我国高速动车组人才过程中的一个重要环节。高速动车组运行仿真系统就是为适应我国铁路高速、安全、高效运输的迅速发展、为我国铁路建设培养高层次的铁路人才而研究开发的，采用列车仿真系统(TrainSimulationSystem)来优化操作规范与培训司机是十分必要的。其目的是使学员能更快更好地理解高速动车组的运行原理，了解运行中动车组内部工况的状态，并能熟练进行故障的监测和处理，使学员快速的提高其技能素质。研制仿真教学设备被证实是进行教学培训的行之有

4、效的途径。在没有花费大量的培训费用情况下，就可以达到教学、培训的目的，为铁路培训部门节省了大量资金。比起世界上高速铁路发达国家，我国高速铁路系统的应用和研究起步晚，使得本领域内理论研究和产品研发显得相对滞后。虽然我国己经建成很多条高速动车组线路，但是相关的高速动车组的成套技术规范还不完善。这就使得包括高速动车组牵引计算在内的各种理论和应用系统的研究成为一个非常迫切的问题。但如果通过实际实验来对其系统的效果和性能进行评价和检测，无论从时间和经济方面，都是一个巨大浪费，而且安全性也没有保证。所以用计算机模拟的方法进行动车组牵引计算的仿真研究具有十分重要的意义【¨。通过计算机仿真可以求解许多复杂

5、而无法用数学手段解析求解的问题，可以进行重复可控的实验，避免实施危险、节约开销，与传统的数学解析方法和实物仿真方法相比具有高效、优质、安全、经济的优势。用计算机仿真的方法研究列车运行可以更好地评估和优化铁路运行计划编制、行车调度指挥，加快新技术应用进程，并对运输现代化起到积极的作用。对高速动车组运行过程进行实时仿真模拟可以更好地满足运输需求，准确、快速地计算出动车组在各种不同条件下的运行效果并予以评价。目前，我国关于高速动车组牵引运行计算仿真方面的研究处于起步阶段，对高速动车组运行进行仿真研究可以充分发挥其牵引能力，为优化使用车辆、编制合理运行图、提高运行品质、节约能源等提供理论依据。利用

6、最普通的软硬件手段，研究高速动车组运行的主要表现，如在纵向力作用下的速度时分、加速度等运动参数，采用适当的算法实现列车的运行模拟，具有较好的研究意义和应用价值。1．2牵引计算概述“列车牵引计算"是专门研究铁路列车在外力作用下沿轨道运行及有关问题的实用学科。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，并用以解算铁路运营和设计上的一些主要技术问题和技术经济问题。例如，机车牵引重量、列车运行速度和运行时间、列车制动距离、制动限速、制动能力以及机车能耗等掣羽。列车牵引计算用途主要表现在以下诸多方面：(1)铁路运输方面：为了做到“多拉、快跑、安全、正点"，在每

7、次修改列车运行图时都需要进行大量的牵引计算；(2)机车运用方面：除了配合运输方面做好上述工作之外，为了做到“节能”，还可以通过牵引计算，寻找最佳操纵方案；(3)选线设计方面：为了计算铁路的通过能力和输送能力、布置车站和机务段(或者说，确定线路纵断面和机车交路)，在选线设计时必须要进行牵引计算；(4)通信信号方面：为了合理的布置铁路行车信号机，也要进行牵引计算；(5)运输经济方面：为了计算设备投资和运营支出，进行各种方案的