任務(wù)51大風監(jiān)測子系統(tǒng)

1、教 案 首 頁課程名稱高速鐵路安全與防災(zāi)技術(shù)編 號5學(xué)習單元任務(wù)5-1 大風監(jiān)測子系統(tǒng)教學(xué)目的與要求知識目標：熟悉大風監(jiān)測子系統(tǒng)的功能，掌握其主要設(shè)備構(gòu)成、安裝要求和警報參數(shù)。通過案例熟悉大風監(jiān)測子系統(tǒng)的主要功能及操作流程。能力目標：掌握大風監(jiān)測子系統(tǒng)的功能和主要設(shè)備組成。授課方式板書多媒體仿真演示實物演示分組討論學(xué)生操作教學(xué)資源教材、教案、PPT、仿真軟件操作、習題、現(xiàn)場圖片、相關(guān)文件和規(guī)章制度重點難點重點：大風監(jiān)測子系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)構(gòu)成、主要設(shè)備和操作流程。難點：大風監(jiān)測子系統(tǒng)的組成設(shè)備和操作流程教學(xué)進程安排復(fù)習 5分鐘講課 40分鐘小結(jié) 5分鐘上機操作40分鐘任課教師編寫日期年 月 日【

2、新課內(nèi)容】任務(wù)5-1 大風監(jiān)測子系統(tǒng)隨著列車運行速度的提高，大風會引起列車的動力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，包括脫軌系數(shù)、減載率、傾覆系數(shù)以及輪軌橫向力均顯著增大，強風影響著列車運行的安全性和穩(wěn)定性，己成為制約高速旅客列車安全運營的因素之一。針對強風對高速鐵路的影響，各國鐵路普遍采用在強風路段設(shè)立擋風墻和采用大風監(jiān)測系統(tǒng)進行防護。我國現(xiàn)己建成運營和在建的高速鐵路大都設(shè)置有大風監(jiān)測系統(tǒng)，并根據(jù)風速對列車實施速度控制。目前，采用監(jiān)測判斷風速檢測值是否超過給定的閥值來判斷控制措施，但如何確定閥值、閥值與車型的關(guān)系、管制時間與安全和運營效率間的關(guān)系尚需深入研究。一、大風報警大風報警就是在檢測到超過極限風速時，通過

3、報警使高速列車減速運行，使橫向振動慣性力和氣動橫向分力減小，提高列車傾覆臨界風速，保證高速列車的運行安全。強風報警系統(tǒng)首先應(yīng)選擇適當?shù)谋O(jiān)測地點，確定危險風速，設(shè)定管制時間。國內(nèi)外強風管制閥值均以瞬時風速為依據(jù)。管制風速的大小與管制區(qū)間風特性、地形地貌、列車速度和車輛性能等有關(guān)。日本先期曾采用流場實驗方法模擬在路堤上走行的高速列車，即考慮了“列車風”與自然風沿路堤的攀升對列車的影響，通過風洞實驗計算車輛臨界傾覆風速。近10年隨著計算機數(shù)值流體力學(xué)的發(fā)展，開始對車輛橫風氣動特性進行了流場數(shù)值仿真模擬研究，作為風洞實驗驗證的補充手段。日本制定的強風運行管制規(guī)則以瞬時風值為基礎(chǔ)。規(guī)定的強風下行車管制規(guī)

4、則如表所示。在管制解除風速方面日本也有大量研究，但大多數(shù)仍采用一些經(jīng)驗公式。如經(jīng)驗公式:運行管制解除風速=瞬時風速/瞬風率(瞬風率=最大風速/平均風速)，或規(guī)定結(jié)束風管制時間為后延30分鐘。在國內(nèi)既有線上，大風監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過多年運行日臻成熟。以烏魯木齊鐵路局、青藏鐵路為例，他們考慮各自線路特點、風口大風特性、運行車輛性能等，經(jīng)過計算和試驗后，制定了大風時行車規(guī)則，采用超限風速報警方式，對列車實行運行管制。至2009年青藏鐵路全線大風預(yù)警系統(tǒng)已發(fā)送了5萬條預(yù)警信息，未發(fā)生過一起因大風導(dǎo)致的事故，對青藏鐵路安全運行起到重要作用，個別路段目前還正在試驗實測風速和預(yù)測風速相結(jié)合的報警方式。京津城際鐵路技

5、術(shù)管理暫行辦法中對風速與動車車速的規(guī)定如下表所示：二、大風監(jiān)測子系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成大風監(jiān)測子系統(tǒng)前端由兩臺風速風向傳感器、數(shù)據(jù)采集傳輸單元、避雷器、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸單元、傳輸電纜等組成。風速風向計通過信號電纜連接到就近的基站的監(jiān)控單元； 數(shù)據(jù)采集傳輸原理如下圖：1）風速風向計選擇 ：三杯式和螺旋槳式風速風向計，雖然價格低，但維修成本大，不適宜高速鐵路高可靠性的要求 ；超聲波式和熱場式風速風向計，具有高精度、高可靠性和高性價比的特點，可以滿足高速鐵路使用要求，其中超聲波式在寒冷環(huán)境下使用需要加熱，否則，探頭結(jié)冰或結(jié)霜會影響測量結(jié)果。設(shè)備中有一個電氣隔離的半雙工2線式RS485接口，可用于系統(tǒng)配置、循

6、環(huán)測量和固件升級。由監(jiān)控單元機柜內(nèi)的電源模塊為其提供工作電源。3）風速風向計電源信號接口 設(shè)備下方有一個8孔螺紋連接件，可通過提供的連接線連接供電電源和各種接口。 設(shè)備接口圖如下：4）數(shù)據(jù)采集傳輸單元數(shù)據(jù)采集傳輸單元主要為風速計提供電源轉(zhuǎn)換與防雷、信號防雷，以及風速計專用線纜和數(shù)字信號屏蔽電纜之間的轉(zhuǎn)接功能。 三、設(shè)備安裝 風速風向計設(shè)于線路的迎風側(cè)，距離軌面4m±0.5 m高，安裝方向與線路方向同側(cè)，可考慮安裝在GSM-R基站的接觸網(wǎng)桿上，現(xiàn)場設(shè)備箱可設(shè)在風速風向儀支柱上，采用抱箍安裝的形式，具有防水、防塵等功能。1）風速風向計布點 ：第一種是重點位置布置法。利用鐵路沿線氣象站多年

7、風速風向資料，結(jié)合鐵路沿線現(xiàn)場地形踏勘和地理參數(shù)，采用工程氣象學(xué)、列車空氣動力學(xué)及概率論與數(shù)理統(tǒng)計相結(jié)合的方法，進行最大風速時距換算，經(jīng)熱島修正、地形訂正、高度訂正等規(guī)范化處理，建立最大風速概率模式，以概率模式重現(xiàn)期定量分析最大風速對列車安全運行影響，得出全線最大風速分布曲線，最終確定布點方案，滿足客運專線工程規(guī)劃、設(shè)計、施工和安全運行的需要 ；第二種是覆蓋法。依據(jù)給定線路的地形參數(shù)、地表情況、路堤及高架橋的設(shè)置，運用 CFD ( 計算流體力學(xué) ) 技術(shù)完成該區(qū)段的風流模型（鐵路沿線每隔 50 m 的風流模擬）。而后依據(jù)該模型及線路自身的彎曲及傾斜數(shù)據(jù)、運行車輛的風動數(shù)據(jù)，計算出沿線每 50 m 處平均風速及最不利風向與測風點實測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，形成該區(qū)段危險風速與風向的關(guān)系曲線，即臨界曲線。兩種方法均可實現(xiàn)布點目標，其中覆蓋法由于不必擔心布點的遺漏，更具有可操作性。3）風速風向計安裝 ：風速風向計通常安裝在線路外側(cè)的 GSM-R 鐵塔上或線路旁接觸網(wǎng)支柱上，對于防風預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)而言，這