無(wú)絕緣軌道電路建模仿真及應(yīng)用研究.pdf

1、無(wú)絕緣軌道電路是我國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其除了用于列車(chē)定位與完整性檢查外，還通過(guò)電磁感應(yīng)方式將鋼軌中包含有列車(chē)控制信息的無(wú)絕緣軌道電路信號(hào)電流轉(zhuǎn)換為車(chē)載軌道電路讀取器(Track Circuit Reader, TCR)的感應(yīng)電壓，以實(shí)現(xiàn)地-車(chē)間列車(chē)運(yùn)行控制信息的連續(xù)傳輸。可見(jiàn)，TCR天線中的感應(yīng)電壓的生成質(zhì)量在很大程度上影響列車(chē)的安全運(yùn)行，而隨著我國(guó)高速鐵路的不斷發(fā)展，需要從理論層面對(duì)這一傳輸過(guò)程進(jìn)行深入研究，通過(guò)數(shù)學(xué)

2、建模構(gòu)建相應(yīng)的仿真平臺(tái)，為進(jìn)一步研究該過(guò)程對(duì)列車(chē)高速運(yùn)行的適應(yīng)性，及其相應(yīng)的過(guò)程優(yōu)化和性能優(yōu)化等熱點(diǎn)問(wèn)題提供相應(yīng)的理論支持和驗(yàn)證手段。論文的研究結(jié)構(gòu)如下:
　　1.針對(duì)無(wú)絕緣軌道電路信號(hào)電流的傳輸過(guò)程，為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)四端口網(wǎng)絡(luò)模型忽略鋼軌電流對(duì)地漏泄的不足，本文提出了基于傳輸線六端口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)絕緣軌道電路建模仿真方法。內(nèi)容包括:基于六端口網(wǎng)絡(luò)建立無(wú)絕緣軌道電路各個(gè)組成單元的傳輸特性等效模型，建立無(wú)絕緣軌道電路的短路電流分布模型，建立無(wú)

3、絕緣軌道電路在分路狀態(tài)下鋼軌不同位置的電流分布模型。
　　2.針對(duì)無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間列車(chē)控制信息動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程，即電磁感應(yīng)過(guò)程，本文采用有限元電磁場(chǎng)理論進(jìn)行建模仿真研究。內(nèi)容包括:基于有限元電磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft Maxwell建立鋼軌、補(bǔ)償電容、TCR天線、鋼筋網(wǎng)絡(luò)、道床、列車(chē)輪對(duì)等有限元模型，對(duì)模型設(shè)置相應(yīng)的材料屬性、網(wǎng)格劃分、邊界條件和施加相應(yīng)的無(wú)絕緣軌道電路信號(hào)激勵(lì)源，對(duì)模型設(shè)置相應(yīng)的列車(chē)運(yùn)動(dòng)仿真條件，實(shí)現(xiàn)無(wú)絕

4、緣軌道電路和TCR天線間在不同速度下的動(dòng)態(tài)電磁感應(yīng)過(guò)程的仿真。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，本文基于有限元電磁場(chǎng)理論建立的無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間電磁感應(yīng)過(guò)程模型符合實(shí)際情況。
　　3.針對(duì)無(wú)絕緣軌道電路有限元模型過(guò)于龐大而導(dǎo)致仿真效率較低問(wèn)題，本文提出一種基于傳輸線理論和有限元電磁場(chǎng)理論的無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間信息動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程的聯(lián)合建模仿真方法。該聯(lián)合建模仿真方法首先通過(guò)有限元方法計(jì)算軌道電路和TCR天線間的互感系數(shù)，以

5、確定軌道電路對(duì)TCR天線的有效作用范圍，然后在有效作用范圍內(nèi)，利用有限元對(duì)無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間的電磁感應(yīng)過(guò)程進(jìn)行建模，而在有效作用范圍外，由傳輸線對(duì)無(wú)絕緣軌道電路信號(hào)的傳輸過(guò)程進(jìn)行建模，將有效作用范圍分界點(diǎn)處的軌道電路信號(hào)電流作為有限元模型的激勵(lì)源輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間信息動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程的仿真。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，本文聯(lián)合建模仿真方法具有建模準(zhǔn)確、仿真精度和仿真效率較高等優(yōu)點(diǎn)。
　　4.針對(duì)目

6、前缺少無(wú)絕緣軌道電路電流和TCR天線感應(yīng)電壓在振幅和相位方面的關(guān)系表達(dá)式等問(wèn)題，本文將從理論層面對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究。內(nèi)容包括:基于電磁場(chǎng)理論建立TCR天線感應(yīng)電壓的理論模型，研究軌道電路不同位置電流對(duì)TCR天線感應(yīng)電壓的影響分布，通過(guò)理論計(jì)算獲得無(wú)絕緣軌道電路電流和TCR天線感應(yīng)電壓在振幅特征和相位特征上的表達(dá)式，研究并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出結(jié)論的正確性。這些研究將為進(jìn)一步確定無(wú)絕緣軌道電路和TCR天線間信息動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程的影響參數(shù)以及定