铁路既有线移动减速信号牌临界设置距离研究

俞 涛 上海铁路局苏州站

铁路既有线移动减速信号牌临界设置距离研究

俞 涛 上海铁路局苏州站

铁路移动减速信号牌作为控制列车运行速度的一种重要基础设施，在施工及其限速地点（区段）被广泛采用，其设置距离的合理性将直接影响到列车的运行安全和线路的通过能力。根据我国铁路既有线现状，分析了机车乘务员认知移动减速信号牌的特性，结合机车乘务员的行为特征及列车运行特性就铁路移动减速信号牌的临界设置距离进行了探讨，并建立相适应的研究模型，最后通过算例验证，证明了模型的可行性与准确性。

铁路既有线；移动减速信号牌；临界设置距离

1 引言

目前，列车限速控制主要有机控和人控两种方式。正常情况下，列车限速控制主要是将限速信息融合到LKJ中通过实时信息交互得以实现；然而在实际操作应用过程中和某些特殊情况下（如LKJ信息未及时更新或某些地点临时需要限速），必须采用人为控制来实现列车限速。铁路移动减速信号牌的基本作用是在人控过程中向机车乘务员及时准确地传递相应的限速信息，提示其根据信息对列车按规定进行减速限速，因此在人控过程中起到了关键的卡控作用。

科学合理的设置移动减速信号牌有利于确保列车运行安全，提高线路通过能力。移动减速信号牌设置距离过长，则会导致机车乘务员提前对列车进行减速，从而影响线路通过能力；设置距离过短，导致列车在进入规定限速地点（区段）前不能有效减速，则会危及行车安全。因此必定存在一个临界值点，既可保证线路通过能力又不会影响列车运行安全。通过对国内研究现状的总结，发现我国学者针对铁路既有线移动减速信号牌设置距离的相关研究较少，并且在研究过程中缺乏对机车乘务员的行为特征的分析，存在由于移动减速信号牌设置距离不合理导致机车乘务员认知移动减速信号牌时间不足或者操纵机车减速时机不准，继而造成列车不能有效减速，为行车带来安全隐患。可见，分析机车乘务员的行为特征，确定铁路移动减速信号牌的临界设置距离对提高铁路线路能力、确保列车运行安全具有非常重要的现实意义和应用价值。

2 机车乘务员认知移动减速信号牌、操纵列车限速动态过程分析

铁路移动减速信号牌一般设置在列车运行方向的左侧，距离线路中心的距离一般不小于3 m，设置形式为圆牌、黄底，中间为黑色限速数字，表示前方限速地点（区段）的限制速度[1]。正常情况下，在施工及其限速地点（区段），按不同速度等级列车（最高运行速度大于120 km/h的旅客列车、行邮列车及最高运行速度为120 km/h的货物列车、行包列车）的紧急制动距离，在原移动减速信号牌后方（列车运行方向定义为前方，反之为后方），会增设一个特殊移动减速信号牌，作为限速提示标志，形式为圆牌、黄底，中间的为黑色的“T”字[2]。减速地点标设置在移动减速信号牌的前方，列车在到达前方减速地点标时，必须将速度降到限制速度以下，以确保行车安全。

列车在线路上行驶时，机车乘务员识别移动减速信号牌，操纵机车实现限速是一个动态过程。为了便于研究，本文把这个动态过程分为认知过程和操纵过程来研究，结合图1所示，可以将整个动态过程描绘如下：

认知过程描绘：假设A点为特殊移动减速信号牌设置地点，E点为移动减速信号牌的设置地点，H点为减速地点标设置地点。一般情况下，机车乘务员在行车过程中，对限速信息的感知始于特殊移动减速信号牌A点，因为其能为前方移动减速信号牌起到提示和预告作用，避免机车乘务员漏读限速信息。当列车运行至B点时，机车乘务员开始读取移动减速信号牌上的限速信息，显然B点是动态点，与外界能见度相关，能见度越高，该点距移动减速信号牌的距离越大，反之则距移动减速信号牌的距离越小。当列车运行至C点时，机车乘务员完成对限速信息的读取，并对获取的信息进行处理判断，此后在列车运行至D点时机车乘务员采取相应的操作对列车开始实施制动。

操作过程描绘：从点D采取措施到点G动作完成是机车乘务员操纵列车采取制动措施的过程，即从车辆乘务员将制动阀手把置于制动位的瞬间至列车停车的瞬间，此过程列车运行的距离称为制动距离。在此阶段内，机车乘务员必须安全顺畅的完成必要的操作，并确保在到达减速地点标以前将

列车速度降至限制速度以下。但在司机施行制动时，列车中各车辆的闸瓦并非立即、同时压上车轮的，闸瓦压上车轮后，闸瓦压力也不是瞬间达到最大值的。所以，列车的制动距离可以明显的被分成两部分，D点至F点经历的时间称为空走时间，空走时间内列车靠惯性惰行的距离称为空走距离；F点至G点是列车有效制动过程，此过程经历的时间称为有效制动时间，有效时间内列车行驶的距离称为有效制动距离。

值得指出的是，上述认知过程中能见度受外界环境影响最大，其中尤以雾天对能见度的影响最为明显，因为在雾天行车时，机车乘务员的视线将受到严重制约，此时移动减速信号牌的始读点B与移动减速信号牌E之间的距离必然会缩小，所以在雾天行车时，列车运行速度必须保证在列车标志消失前机车乘务员能够读完移动减速信号牌上的限速信息。

3 模型建立及参数设置

3.1 模型假设

本文是以移动减速信号牌的临界设置距离作为模型的目标函数，在模型的建立之前给出以下假设条件：

（1）基于当前铁路既有线大多是客货车混跑，且旅客列车和货物列车的制动计算有所区别，本文重点研究在客货分线的条件下铁路既有线移动减速信号牌的临界设置距离，重点探讨货物列车的制动距离；

（2）由于列车在有效制动过程中所受的单位合力是变化的，所以为了增加有效制动距离计算的精确性，本文以10 km/h的速度间隔分别计算，并假定在ΔV=10 km/h的速度间隔内列车所受的单位合力是常数。

3.2 符号定义

Lmin为移动减速信号牌至减速地点标的临界设置距离（m）；

Tr为移动减速信号牌的认知时间；

Tk为列车有效制动前的空走时间（s）；

M为牵引机车台数；

N为线路所允许的最大列车编组辆数；

Vj2为在第i个ΔV速度间隔内列车运行的末速度（m/s）；

Vj1为在第i个ΔV速度间隔内列车运行的初速度（m/s）；

Vj平为第i个ΔV速度间隔内列车的平均速度（m/s）；

ωi'为在第i个ΔV速度间隔内列车所受的平均阻力（N/ t）；

ωi"为机车基本阻力（N/t）；

ωi为车辆基本阻力（N/t）；

βi为单位列车制动力取值系数，紧急制动取1.0，进站制动取0.5[4]；

bi为单位列车制动力（N/t）；

φ为移动减速信号牌至减速地点标之间线路的换算坡度千分数（下坡取负值，上坡取正值）；

φh为换算摩擦系数（与速度及闸瓦材质有关，一般取值为0.097-0.273）；

K机为机车闸瓦压力，可取值6.25 t；

K车为车辆闸瓦压力，可取值2.37 t；

P为运行线路的最大机车重量（t）；

Q为线路允许的最大车列重量（t）；

3.3 模型建立

根据铁路运输组织的特点，较正常天气下列车运行而言，由于外界能见度的降低，列车在大雾天气下运行速度也会降低，从而导致列车制动距离及移动减速信号牌的设置距离出现波动。综上而言，移动减速信号牌临界设置距离应同时考虑在正常天气和大雾天气下列车制动距离的需要，建立模型如下：

当m=0时，表示列车在雾天运行时移动减速信号牌的临界设置距离；

当m=1时，表示列车在正常天气运行时移动减速信号牌的临界设置距离；

其中，

根据公式9、10，取ΔV=10 km/h，机车基本阻力和车辆基本阻力取值如表1所示：

表1 机车基本阻力和车辆基本阻力计算表

4 例证分析

假定铁路既有线一段区间中某点限速35 km/h，已知移动减速信号牌内侧距离线路中心的距离为3 m，机车乘务员认知移动减速信号牌的时间为3 s。经过查阅《站细》等相关资料发现，在该点前制动距离范围内的换算坡度为2.5‰上坡，该区间运行列车的相关参数为：采用200 t牵引机车，允许最大编组数量为62辆，机车最大牵引重量为5 000 t。天气良好能见度为80 m，最大允许速度为120 km/h；大雾天气能见度为40 m，最大允许速度为70 km/h（计算精确至小数点后两位）。

在雾天情况下（i取值为0）：

由公式8，的计算值如表2所示：

表2 列车所受平均阻力ω0的计算值

由公式6，L0FG的计算值如表3所示：

表3 有效制动距离L0FG的计算值

根据表3，从70 km/h降速到35 km/h所走过的有效制动距离为：

综上，在雾天情况下，移动减速信号牌的临界设置距离为：

L0EG=L0BD+L0DF+L0FG-L0BE=58.33+109.47+234.80-39.89= 362.71 m

同理，在天气良好情况下(i=1)，列车所受平均阻力和有效制动距离如表4所示：

表4 车所受平均阻力ωi和有效制动距离L1EG的计算值

综上，在正常天气情况下，移动减速信号牌临界设置距离为：

通过以上计算得出，移动减速信号牌距离该限速地点的临界设置距离为1030.66 m。

5 结束语

科学合理的设置移动减速信号牌对保障列车运行安全、提高铁路线路能力具有重要意义。本文在结合机车乘务员认知移动减速信号牌的基础上，对铁路既有线移动减速信号牌的临界设置距离进行了研究。但文章仍然存在一定程度的不足，对移动减速信号牌设置距离的影响因素分析不尽全面，如外界环境的地形特点、线路平纵断面，仍然需要进一步研究。

[1]郝瀛.铁道工程[M].北京：中国铁道出版社，2002.

[2]马国忠、毛节铭.铁路机车车辆与列车牵引计算.[M].成都：中国铁道出版社，2009.

[3]饶忠.列车牵引计算[M].北京：中国铁道出版社，1996.

[4]张余堂.铁路列车安全制动距离的计算[J].中国矿业，1996，1(23).

[5]李霞,宋凤生.利用计算机计算列车制动距离[J].内燃机车，1998，7(7).

责任编辑：宋飞 窦国栋

来稿时间：2015-02-05