無絕緣軌道電路建模仿真及應(yīng)用研究.pdf

1、無絕緣軌道電路是我國鐵路列車運行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其除了用于列車定位與完整性檢查外，還通過電磁感應(yīng)方式將鋼軌中包含有列車控制信息的無絕緣軌道電路信號電流轉(zhuǎn)換為車載軌道電路讀取器(Track Circuit Reader, TCR)的感應(yīng)電壓，以實現(xiàn)地-車間列車運行控制信息的連續(xù)傳輸?？梢姡琓CR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的安全運行，而隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展，需要從理論層面對這一傳輸過程進行深入研究，通過數(shù)學(xué)

2、建模構(gòu)建相應(yīng)的仿真平臺，為進一步研究該過程對列車高速運行的適應(yīng)性，及其相應(yīng)的過程優(yōu)化和性能優(yōu)化等熱點問題提供相應(yīng)的理論支持和驗證手段。論文的研究結(jié)構(gòu)如下:
　　1.針對無絕緣軌道電路信號電流的傳輸過程，為了彌補傳統(tǒng)四端口網(wǎng)絡(luò)模型忽略鋼軌電流對地漏泄的不足，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)建立無絕緣軌道電路各個組成單元的傳輸特性等效模型，建立無絕緣軌道電路的短路電流分布模型，建立無

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.針對無絕緣軌道電路和TCR天線間列車控制信息動態(tài)傳輸過程，即電磁感應(yīng)過程，本文采用有限元電磁場理論進行建模仿真研究。內(nèi)容包括:基于有限元電磁場仿真軟件Ansoft Maxwell建立鋼軌、補償電容、TCR天線、鋼筋網(wǎng)絡(luò)、道床、列車輪對等有限元模型，對模型設(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)的無絕緣軌道電路信號激勵源，對模型設(shè)置相應(yīng)的列車運動仿真條件，實現(xiàn)無絕

4、緣軌道電路和TCR天線間在不同速度下的動態(tài)電磁感應(yīng)過程的仿真。通過實驗室應(yīng)用數(shù)據(jù)驗證表明，本文基于有限元電磁場理論建立的無絕緣軌道電路和TCR天線間電磁感應(yīng)過程模型符合實際情況。
　　3.針對無絕緣軌道電路有限元模型過于龐大而導(dǎo)致仿真效率較低問題，本文提出一種基于傳輸線理論和有限元電磁場理論的無絕緣軌道電路和TCR天線間信息動態(tài)傳輸過程的聯(lián)合建模仿真方法。該聯(lián)合建模仿真方法首先通過有限元方法計算軌道電路和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)，利用有限元對無絕緣軌道電路和TCR天線間的電磁感應(yīng)過程進行建模，而在有效作用范圍外，由傳輸線對無絕緣軌道電路信號的傳輸過程進行建模，將有效作用范圍分界點處的軌道電路信號電流作為有限元模型的激勵源輸出信號，實現(xiàn)對無絕緣軌道電路和TCR天線間信息動態(tài)傳輸過程的仿真。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用數(shù)據(jù)驗證表明，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。
　　4.針對目

6、前缺少無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)系表達式等問題，本文將從理論層面對這一問題進行研究。內(nèi)容包括:基于電磁場理論建立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TCR天線感應(yīng)電壓的影響分布，通過理論計算獲得無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式，研究并通過實驗驗證了本文提出結(jié)論的正確性。這些研究將為進一步確定無絕緣軌道電路和TCR天線間信息動態(tài)傳輸過程的影響參數(shù)以及定