基本信息
- 项目名称：
- 高速列车安全运行电磁控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 电磁控制系统实现了列车在通过弯道、轨道不平顺以及有侧风等区段上的安全高效运行。它是通过在列车上安装相应的传感器对现场的数据进行实时采集，并传送到中央控制模块。通过它对数据进行运算处理，得出列车轮轨间的受力情况。然后由中心控制模块产生相应的控制信息，通过MVB总线传送到各执行模块，由执行模块来控制电磁铁的电流，使左右轮轨间受力趋于平衡。当输出的电磁力过大或过小时，通过执行模块进行实时调整。
- 详细介绍：
- 铁路高速化发展的进程中，曲线通过时产生的离心力作用成为影响列车安全高效运行的主要限制因素，尤其是有侧风或轨道不平顺共同作用时，极有可能导致列车的脱轨或倾覆，造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此，对列车曲线通过时的安全性进行研究，找出运行过程中的脱轨机理，最终提出具体的防护措施，对于提高列车的曲线通过速度有极其重要的现实意义。高速列车安全运行电磁控制系统就是基于此目的设计研发的。 高速列车安全运行电磁控制系统（简称电磁控制系统）采用主动控制方式，通过对现场采集的数据信息进行解析，获得轮对间受力情况，经核心运算后输出控制信息，控制执行机构动作电磁系统，使两轮对间受力趋于平衡，实现对列车运行状况的实时调整和危险情况下的自动控制。最后通过仿真平台的搭建，实现系统的动态模拟。模拟结果表明：采用电磁控制系统以后，机车车辆的运行速度和安全性指标得到了较大的提高，列车的运行品质得到了明显改善。有效地避免了多种因素导致的列车事故（例如胶济线事故）发生。 电磁控制系统是一套安全、高效、经济、环保的人工智能控制系统，不仅提高了列车的曲线通过能力，还实现了轨道不平顺、侧风、地震等状况下的列车安全高效运行。系统本身设计灵活、结构简单，在使用方面安全高效、绿色环保，且安装方便、操作简单，具有很强的实用性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的: (1)提高列车的安全性能 (2)提高列车曲线通过能力 (3)降低侧风对列车运行速度的影响 (4)减小轨道不平顺对列车运行安全的影响 (5)降低蛇形运动 (6)减小轮轨内侧单边磨损 (7)保障轻、中度地震发生时的行车安全 2.设计思路： 电磁控制系统是采用电磁铁悬挂方式，通过在列车上特定位置安装本系统，实现对列车运行的安全控制。系统通过对线路运行状况的实时监测，当列车运行在特定区段时，根据流过电磁控制系统的电流不同，产生作用钢轨的不同控制力，使列车轮轨间的受力关系趋于平衡，确保列车的安全运行。 3.创新点： (1)采用电磁控制系统提高列车运行效率 (2)对部分轨道不平顺信息的实时动态采集 (3)前向预测控制 4.关键技术： (1)信息采集：采用加速度传感器、压强传感器、涡流测距传感器、力敏传感器等对铁路线路和列车运行状况，系统控制执行情况等进行实时监测，完成信息采集和反馈校正。 (2)核心控制：系统核心控制是在S3C2440A上实现，采用LUNIX操作系统。主要用于信息处理、核心运算、控制信息输出等。 (3)执行机构：驱动采集模块驱动电磁制动器实现对列车轮轨力的调整，并将控制执行状况进行实时反馈且校正。 5.主要技术指标： (1) 提高曲线通过能力 (2) 实现列车的安全控制 (3) 对轨道不平顺、侧风、地震等实时监测 (4) 与车载设备的通信 (5) 故障―安全原则
科学性、先进性
- 目前提高曲线通过能力的方法主要有：增大曲线半径、采用摆式系统、设置外轨超高和喷洒润滑脂等措施。但是这几种方式存在明显不足：增大曲线半径是以提高投资成本为代价的；外轨超高的设置只对应特定的速度；采用主动控制的摆式系统结构复杂，造价昂贵；喷洒润滑脂长效性差，减磨效果并不明显，并且对线路造成一定的污染。 高速列车安全运行电磁控制系统采用电磁制动主动控制方式。通过本系统对现场采集的数据进行分析处理，计算出轮对间受力情况，经核心运算后输出控制信息，控制执行机构动作电磁制动系统，使两轮对间受力趋于平衡，完成列车运行的安全控制。本系统安全高效，操作简便，不仅提高列车曲线通过能力，还减小轨道不平顺、侧风和地震等各种不利因素对列车运行安全的影响。同时，还可使列车轮对间受力趋于平衡，减小钢轨单边磨耗，有效降低了列车脱轨、倾覆、线路破坏变形等危险情况。本系统与摆式系统、外轨超高配合使用，效果更佳。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 任何方式均可
作品可展示的形式
- 图纸、图片、录像、PPT演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明： 本系统依据转向架的位置，将电磁安全控制系统安装在轮轨系统中。电磁系统具有自动升降功能，当列车进过道岔区段时，电磁系统自动升起，起到保护电磁制动器的作用。通过MVB总线实现与车载设备的通信。能够与现有的CTCS2级, CTCS3级，以及未来的CTCS4级列车运行控制系统链接。 2.技术特点和优势： (1)高度智能化 (2)实时控制，且控制精确高 (3)安全可靠，兼容性强 (4)操作简单，安装方便 ３.适用范围： 本系统可用于高速列车，普通客用列车，轻轨、地铁及轨检车等。 ４.市场分析和经济效益预测: 目前，我国已完成7000余公里的高速铁路建设任务，到2020年将达1.2万公里，其中时速在300公里以上将达5457公里。在这些线路上运行的列车，均可采用本系统来保障列车的安全高效运行。因此将本系统应用于我国的轨道交通系统中，具有广泛的应用前景，并将带来巨大的市场价值。
同类课题研究水平概述
- 目前，提高曲线通过能力的相关研究有英国、法国、意大利等研制的摆式系统，尚未采用电磁制动主动控制系统。摆式系统通过加速度传感器测得的未被平衡的离心加速度，将此信息传送给倾摆计算机，计算出车体所需倾摆角，控制作动器使车体倾摆，利用重力分力来抵消未被平衡的离心加速度，提高曲线通过能力。但它的结构复杂，造价昂贵，而且不适用于250Km/h以上的线路区段并且很难实现再提速。因此在我国并未得到普遍使用。
