Способ управления работой локомотива в условиях туннеля
Изобретение относится к установке эксплуатационных характеристик локомотивов перед входом в туннель. Способ заключается в том, что устанавливают заданные эксплуатационные характеристики, по меньшей мере, одного выбранного локомотива в поезде при подготовке к прохождению поезда через туннель, когда поезд приближается к входу в туннель. Контролируют условия внутри туннеля и работу выбранного локомотива, когда поезд проходит через туннель, включая динамическое изменение конфигурации эксплуатационных характеристик выбранного локомотива в зависимости от контролируемых условий внутри туннеля и работу выбранного локомотива при его нахождении в туннеле, таким образом достигая тягового усилия, достаточного для перемещения поезда через туннель в соответствии с планом, и оптимизируя работу локомотива. Повторно устанавливают эксплуатационные характеристики выбранного локомотива, когда поезд приближается к выходу из туннеля, для облегчения восстановления выбранного локомотива от влияний прохождения через туннель. Технический результат заключается в повышении эффективности функционирования поездов перед, во время и после прохождения через туннель. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Уровень техники
Данное изобретение относится к функционированию множества локомотивов (железнодорожного состава), используемых для перемещения поезда из вагонов; и, в частности, к установке эксплуатационных характеристик локомотивов перед входом в ограниченную область, такую как туннель, снегозащитный навес или другая область с ограниченной окружающей средой, которая может лишать локомотив воздуха для горения и эффективного охлаждения двигателя локомотива. Дополнительно оно относится к работе локомотивов при прохождении через туннель, под навесом или через область, и восстановления двигателя после выхода из туннеля, навеса или области.
Как показано на фиг.1A и 1В, поезд T включает в себя некоторое количество двигателей или локомотивов L1-Ln для перемещения поезда из вагонов C. Количество требуемых локомотивов зависит от веса вагонов, составляющих поезд, и тоннажа груза, который они перевозят. Согласно фиг.1A локомотивы показаны соединенными вместе в голове поезда. Согласно фиг.1В локомотивы показаны расположенными с интервалами по длине поезда. Это представляет две наиболее обычные конфигурации. Независимо от расположения локомотивов важно, чтобы объединенное тяговое усилие от всех локомотивов было достаточным для перемещения поезда по требуемому маршруту, несмотря на ситуации, с которыми приходится встречаться при передвижении.
Одной ситуацией, периодически влияющей на функционирование поезда, является его прохождение сквозь ограниченную область, такую как туннель. Туннели изменяются по длине от относительно коротких до превышающих две мили в длину. На некоторых маршрутах туннелей немного и они находятся далеко друг от друга. На других маршрутах имеется множество туннелей, и они располагаются довольно близко друг к другу. Туннели создают две проблемы, существенно влияющие на работу локомотива. Во-первых, из-за закрытого пространства внутри туннеля количество воздуха, доступного для сгорания в дизельном двигателе локомотива, может быть сильно ограничено. Во-вторых, воздух не обязательно очень хорошо циркулирует внутри туннеля. Образующийся в результате сниженный воздушный поток влияет на степень, до которой двигатель локомотива может охлаждаться. Перегрев может разрушать двигатель. Как правило, когда температура масла дизельного двигателя достигает приблизительно 230°F, необходимо начинать понижать выходную мощность двигателя. Это обычно упоминается как "снижение номинальных рабочих характеристик" двигателя. Если температура масла достигает приблизительно 240°F, то важно эффективно переводить двигатель в автономный режим и переводить его в режим "холостого хода" функционирования.
При прохождении через туннель, как показано на фиг.1A и 1В, ведущий локомотив L1 будет иметь больше доступного для него воздуха, чем локомотив L2; при этом локомотив L2 будет иметь больше доступного для него воздуха, чем следующий локомотив, и т.д. Когда ведущие машины проходят через туннель, их отработавшие газы заполняют пространство туннеля, обедняя количество воздуха, доступного для остающихся локомотивов для сгорания. Кроме того, температура в туннеле повышается в результате тепла, производимого отработавшими газами от дизельных двигателей. Когда температура в туннеле повышается, будет происходить меньшее рассеяние тепла от задних локомотивов, потому что температурный перепад между двигателем и атмосферой уменьшается. В результате, температуры этих локомотивов будут иметь тенденцию повышаться быстрее, чем соответствующие температуры двигателей ведущих локомотивов.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описанные выше проблемы главным образом производят товарные поезда, которые проходят через туннели с довольно низкими темпами скорости (8-10 миль в час), в противоположность пассажирским поездам, которые обычно имеют меньшее количество вагонов, меньший вес и проходят через туннели на более высоких скоростях. Однако пассажирские поезда испытывают те же проблемы.
В настоящее время, при функционировании поездов, состоящих из множества локомотивов, каждый локомотив в отдельности снижает номинальную мощность перед входом в туннель, причем тяговое усилие каждого локомотива основано на факторах, включающих в себя возможности системы охлаждения локомотива, высоту над уровнем моря, на которой эксплуатируется поезд, и температуру окружающего воздуха, наряду с другими факторами. Высота над уровнем моря важна, потому что чем выше возвышение туннеля, тем меньше имеется кислорода. Температура окружающей среды важна, так как чем ниже температура, тем большее количество тепла может быть перенесено от двигателя в атмосферу для охлаждения двигателя.
Поскольку современные функционирования в туннелях предусматривают отдельную конфигурацию каждого двигателя для прохождения через туннель, и поскольку могут быть необходимы изменения для локомотива после входа в туннель вследствие доступности кислорода, циркуляции воздуха и тепловых нагрузок в туннеле, функционирование поезда является неэффективным, и, кроме того, могут возникать поломки. В настоящее время не существует способа оптимизирования конфигурации локомотива перед его входом в туннель, и впоследствии для управления изменениями конфигурации в ответ на условия в туннеле. Также в настоящее время нет доступной процедуры для оптимизирования восстановления двигателя, когда локомотивы приближаются к выходу из туннеля и покидают туннель.
Краткое описание изобретения
Коротко излагая, настоящее изобретение направлено на создание системы и способа для установки эксплуатационных характеристик каждого локомотива в поезде, использующем множество локомотивов, перед входом поезда в ограниченную область, для повторной установки этих характеристик локомотивов при прохождении поезда сквозь ограниченную область в зависимости от условий, с которыми там встречаются, и для ускорения восстановления двигателей при выходе локомотивов из ограниченной области.
Способ включает в себя, во-первых, обеспечение локомотивов информацией относительно местонахождения входа в туннель, если она имеется в распоряжении, и определения количества времени до того, как ведущий локомотив входит в туннель. В соответствии с изобретением, все локомотивы конфигурируют для прохождения туннеля перед входом в туннель таким образом, чтобы распределить тяговое усилие, требуемое для перемещения поезда через туннель, заданным образом. После того как поезд входит в туннель, условия в туннеле и эксплуатационный режим каждого локомотива непрерывно контролируются для определения, имеется ли какое-либо существенное изменение в работе двигателя. Например, если локомотив начинает перегреваться, он может снижать номинальные рабочие характеристики одновременно с другим локомотивом, приведенным в автономный режим так, чтобы поддерживать достаточное тяговое усилие для перемещения поезда через туннель. Способ предназначен для обеспечения динамического ответного действия на изменяемые условия в туннеле в этом отношении. После выхода из туннеля, способ согласно изобретению облегчает быстрое возвращение всех локомотивов обратно к заданному уровню функционирования.
Результатом является существенное усовершенствование в эффективности функционирования поездов перед, во время и после прохождения через туннель.
Система и способ согласно изобретению дополнительно определяют, когда локомотивы входят в туннель, даже если информация о расположении может не всегда быть быстро доступной, и для динамического выполнения переконфигурирования каждого локомотива в ответ на воспринимаемые условия внутри туннеля, и при выходе из туннеля. Система и способ предназначены для поддерживания достаточно полного тягового усилия, чтобы перемещать поезд через туннель настолько быстро, насколько возможно, и для возвращения каких-либо локомотивов, у которых были снижены номинальные рабочие характеристики при прохождении через туннель, обратно к их полностью номинальному состоянию настолько быстро, насколько возможно после выхода из туннеля. Система и способ действуют в широком диапазоне условий, включая факт, что информация о входе в туннель может не всегда быть доступной, или что условия внутри туннеля могут быть не такими, как ожидается, особенно когда через этот же самый туннель недавно прошли другие поезда, обедняя имеющийся кислород внутри туннеля и повышая температуру внутри туннеля.
Вышеупомянутые и другие цели, признаки и преимущества изобретения, также как его предпочтительные в настоящее время варианты осуществления, станут более очевидными после прочтения нижеприведенного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах, которые составляют часть описания:
фиг.1A и 1В - упрощенные представления составов поездов;
фиг.2A - 2C - представление приближения поезда к туннелю, прохождения через него и выход из туннеля;
фиг.3 - упрощенная блок-схема схемы управления для двигателя локомотива; и
фиг.4 - иллюстрация связи между устройствами управления для двигателя каждого локомотива в составе.
Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех чертежах.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Последующее подробное описание иллюстрирует изобретение посредством примера, который не является ограничивающим. Описание ясно дает возможность специалистам в данной области техники выполнять и использовать изобретение, описывает несколько вариантов осуществления, адаптации, видоизменения, варианты и альтернативные варианты изобретения, включая то, что в настоящее время, как полагается, является наилучшим способом выполнения изобретения.
Настоящее изобретение направлено на прохождение поезда T через туннель X, или под снегозащитным навесом (не показан), или через область с ограниченной окружающей средой (также не показана). Для удобства, на протяжении этого описания и прилагаемой формулы изобретения, термин "туннель" также предназначен для включения снегозащитных навесов и других областей с ограниченной окружающей средой, где локомотив может быть лишен поступающего воздуха для горения и/или охлаждения.
Поезд имеет множество локомотивов L1-Ln, как было предварительно описано. Система и способ согласно изобретению могут быть разделены на три стадии:
Во-первых, поскольку известно, что условия внутри закрытых пространств, определяемых туннелем, существенно отличаются от условий, испытываемых в открытой атмосфере, каждый из локомотивов внутри состава поезда конфигурирует для прохождения через туннель до того, как поезд входит в туннель. Это требует определения, если возможно, когда поезд приближается ко входу в туннель, предполагаемого тягового усилия, которое потребуется для перемещения поезда через туннель, и предпочтительной эксплуатационной конфигурации для каждого локомотива L1-Ln на основании предполагаемых условий в туннеле.
Во-вторых, при прохождении поезда через туннель, контролируются как условия в туннеле, так и состояние локомотивов. Это включает в себя определение тягового усилия, требуемого составом для перемещения поезда через туннель, установление максимально допустимой рабочей температуры для каждого двигателя внутри туннеля и контролирование окружающей температуры в туннеле и имеющегося кислорода внутри туннеля. Если оказывается, что какой-либо из локомотивов не способен помогать поддерживать полное тяговое усилие, требуемое для перемещения поезда через туннель, локомотивы динамически переконфигурируют так, чтобы поддерживать уровень необходимого усилия.
В-третьих, после выхода из туннеля, требуется восстановить локомотивы обратно к их номинальным рабочим режимам настолько быстро, насколько возможно. Это требует определения, когда поезд приближается к выходу из туннеля, а также тягового усилия, требуемого после выхода из туннеля. Тогда могут быть определены предпочтительное рабочее конфигурирование для каждого локомотива и оценка мощности двигателя каждого локомотива, требования к системе охлаждения и к охлаждению тягового двигателя. При выходе из туннеля, контролируются двигатель каждого локомотива, система охлаждения и охлаждение тягового двигателя, чтобы ускорить восстановление локомотива к требуемому рабочему режиму в окружающей среде. Это включает в себя контролирование температуры окружающей среды вне туннеля и высоты над уровнем моря для поезда.
Относительно первой стадии, и со ссылкой на фиг.2-4, когда поезд T находится в движении, он принимает информацию о местонахождении как относительно его местонахождения, так и относительно входа А в туннель X. Эта информация передается, или может передаваться, от некоторого количества источников. Она может обеспечиваться от спутника S глобальной системы определения местоположения (GPS), от путевого оборудования W, которое передает сигнал о расстоянии до поезда, от измерительных меток L дальности, расположенных вдоль железнодорожного полотна, или от счетчиков времени работы, или от подобных устройств. Поезд может иметь базу данных карты трассы, доступную для бортового компьютера на одном или более локомотивов. База данных имеет информацию о туннелях, включающую в себя длину туннелей, высоту над уровнем моря как на входе в туннели, так и на выходе из них и, например, информацию об уклоне. Кроме того, один или более локомотивов могут получать доступ к удаленной базе данных, имеющей эту информацию, используя обычные системы связи железных дорог. Помимо информации о расположении, расстоянии и хронометрировании, соответствующая база данных также может включать в себя информацию относительно предпочтительных конфигураций для каждого локомотива в составе, когда достигается вход в туннель, включая требуемое тяговое усилие для каждого локомотива. Вычисление хронометрирования выполняется на основании расстояния до точки входа в туннель и скорости поезда, так что конфигурация локомотива начнется с момента времени, достаточного для ее завершения прежде, чем будет достигнута эта точка входа.
Когда поезд подходит к месту в пределах заданного расстояния D от входа А в туннель X, главное устройство управления ГУУ (см. фиг.3) начинает конфигурировать (устанавливать эксплуатационные характеристики) каждый из локомотивов L1-Ln поездов для прохождения через туннель. Главное устройство управления связано со всеми индивидуальными устройствами управления двигателей так, чтобы управлять функционированием отдельных двигателей локомотивов, для предварительного конфигурирования локомотивов перед входом в туннель, переконфигурирования локомотивов, когда поезд проходит через туннель, и способствования восстановлению локомотивов при выходе из туннеля. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что главное устройство управления может быть реализовано посредством исключительно программного обеспечения, находящегося в существующих контроллерах R, или это может быть отдельный модуль, типа основанного на ПК (персональном компьютере) модуля, связанного с контроллерами R1-Rn. При работе главное устройство управления принимает во внимание рабочие характеристики каждого локомотива, предварительно обсуждавшиеся параметры окружающей среды и факторы типа полного тягового усилия, требуемого для перемещения данной нагрузки на заданной скорости, местонахождения поезда и его скорости, возвышения, проскальзывания, направления, расположения каждого локомотива внутри состава, в целом работы локомотива и другую связанную информацию.
Устройство управления использует информацию от одного или более из вышеупомянутых источников. Как показано на фиг.3, двигатель E для каждого локомотива находится под управлением своего собственного контроллера R. Каждый контроллер R имеет разнообразные входные сигналы, на которых основано функционирование двигателя. Среди них имеются груз, который должен перемещать локомотив, температура системы охлаждения двигателя, уровни выбросов от двигателя, высота над уровнем моря, на которой работает двигатель, и температура окружающего воздуха. Как показано на фиг.4, и в соответствии с системой и способом согласно настоящему изобретению, контроллеры R1-Rn для локомотивов L1-Ln теперь связаны вместе так, что рабочие режимы каждого локомотива можно обычно рассматривать вместе с рабочими режимами других локомотивов. Связь между контроллерами является двусторонней и реализуется рядом способов. Связь может осуществляться по РЧ (радиочастотная) линии связи, через модем компьютера, телефонную связь и т.д. Важным является то, что в начале стадии перед входом в туннель текущие рабочие характеристики каждого двигателя известны настолько точно, насколько это возможно.
Каждый локомотив отдельно переконфигурируется (т.е. осуществляется повторная установка эксплуатационных характеристик) на основании различных факторов, отмеченных выше. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что каждый локомотив L1-Ln может отличаться от каждого из других локомотивов в поезде. Каждый локомотив может иметь различные возможности тащить груз, тяговые возможности и возможности развивать максимальную скорость, время реакции на функциональные изменения, максимальные допустимые рабочие температуры и давления, и системы охлаждения для двигателя и тяговых двигателей локомотива. Другие факторы включают в себя полную нагрузку, которую он перемещает, условия окружающего воздуха, высоту над уровнем моря, на которой поезд эксплуатируется, уровни выделений (NOx, HC, РМ (полиметилметакрилат)), и т.д. Поскольку локомотивы эксплуатируются на открытом пространстве перед входом в туннель, нет никакого ограничения в количестве воздуха, доступного для сгорания. Величина теплопередачи от двигателя и его системы охлаждения в атмосферу является функцией температуры окружающего воздуха; при этом чем выше температура, тем меньше теплопередача, которая может происходить. При конфигурировании всех локомотивов на интегрируемой основе, все эти факторы теперь легко принимать во внимание таким образом, чтобы оптимизировать конфигурации локомотивов перед входом в туннель.
Хотя система и способ согласно изобретению используют информацию о местонахождении относительно местонахождения ведущего локомотива L1 по отношению ко входу А в туннель, эта информация может не всегда быть доступна. Несмотря на это, система и способ согласно изобретению все еще функционируют для динамического конфигурирования локомотивов в составе, как только ведущий локомотив входит в туннель. В этой ситуации, вход поезда в туннель сначала выявляется чувствительными элементами, передающими информацию в контроллер R1 для ведущего локомотива, воспринимая изменение, например, в температуре окружающего воздуха. Температурные датчики отражают крутой температурный градиент, отображающий существенный перепад температур от места снаружи туннеля к месту внутри туннеля. Или, когда поезд перемещается в туннель, задние локомотивы в составе начинают воспринимать повышение их температуры в системе охлаждения по предварительно обсуждавшимся причинам. Поскольку отсутствие информации о местонахождении может препятствовать предварительному охлаждению машин перед входом в туннель и конфигурированию (снижению номинальных рабочих характеристик) одного или более локомотивов в соответствии с протоколом эксплуатации, настоящее изобретение все еще позволяет динамически изменять работу двигателей, основываясь на этих воспринимаемых изменениях. Главное устройство управления ГУУ, в ответ на входные сигналы от контроллеров R1-Rn, может заставлять соответствующие локомотивы одновременно конфигурироваться для продолжающегося прохождения через туннель.
Поскольку каждый контроллер R прежде использовался только для управления функционированием локомотива, в котором он установлен, каждый локомотив был отдельно сконфигурирован для функционирования в туннелях как до, так и во время прохождения через туннель. Если локомотив должным образом не сконфигурирован или если условия в туннеле не такие, как ожидаются, работа локомотивов может в значительной степени отличаться от той, которая ожидается, приводя в результате к перегреву двигателя, чрезмерному использованию топлива, и возможно, к поломке.
Принимая во внимание местонахождение и другую подходящую информацию, производится оптимизация каждого локомотива для прохождения в туннелях, включая, например, увеличение до максимума охлаждения двигателя и тяговых двигателей, для понижения температуры масла и воды внутри двигателя и температуры тягового двигателя в максимально возможной степени. Окружающие условия работы, как отмечено, воздействуют на величину охлаждения, которая может быть достигнута. Как предварительно было описано, из-за закрытого пространства в туннеле и отсутствия циркуляции воздуха, температура внутри туннеля может быть намного выше, чем температура окружающего воздуха вне туннеля. Охлаждение двигателей и их тяговых двигателей для понижения рабочих температур (предварительное охлаждение) перед входом в туннель X увеличивает вероятность того, что локомотивы будут проходить через туннель без перегрева. Изменение номинальной мощности двигателя также важно. Снижение рабочих температур двигателей также достигают посредством снижения номинальных рабочих характеристик одного или более локомотивов, уменьшая их эффективную мощность. Это включает в себя перевод локомотива в режим холостого хода, при котором он не производит вообще никакого тягового усилия.
При входе в туннель T, составы с тремя или более локомотивами L обычно встречаются со следующими эксплуатационными ограничениями.
Во-первых, вследствие потребления воздуха ведущим локомотивом L1, только часть (приблизительно 40%-60%) от первоначально имеющегося кислорода будет доступна для использования в сгорании задними локомотивами. Это, в свою очередь, будет, вероятно, воздействовать на потенциальную возможность перемещать нагрузку, или на "резервуар нагрузки" для всех локомотивов, находящихся после первых двух, особенно если туннель является очень длинным.
В соответствии с изобретением, эта потенциальная проблема снижается посредством понижения потребления воздуха ведущими локомотивами относительно задних локомотивов.
Затем горячие отработавшие газы от ведущих локомотивов нагреют задние локомотивы, вызывая отмену нормирования воздухоподводящей магистрали горячего воздуха, также как нагревание системы охлаждения. Это, в свою очередь, также ограничивает тяговое усилие задних локомотивов. Вышеизложенное предполагает, что скорость поезда является такой, что большая часть, если не все, отработавших газов отводится назад. Это обычно происходит при скоростях поезда, превышающих 3-9 миль в час.
Для поезда T, показанного, например, на фиг.1A, может быть предусмотрено, что все локомотивы L первоначально обеспечивают по существу сбалансированное тяговое усилие, но внутри туннеля на их производительности будет оказываться воздействие следующим образом.
На эксплуатационные характеристики ведущего локомотива L1 по существу не будет оказываться воздействие (снижение номинальных рабочих характеристик), поскольку он имеет достаточно воздуха для сгорания, и нет никакой рециркуляции горячих отработавших газов. Локомотив L2 начнет снижать номинальные рабочие характеристики вследствие рециркуляции горячих отработавших газов от локомотива L1, но не вследствие недостатка кислорода. Однако, на работу локомотивов L3-Ln будет оказываться воздействие как из-за недостатка кислорода, так и из-за циркуляции горячих отработавших газов.
Выгодно распределить тяговое усилие, требуемое для перемещения поезда через туннель, между локомотивами в составе предварительно определенным образом. Поэтому, в соответствии со способом согласно изобретению, контроллеру R1 может быть дана команда от главного устройства управления ГУУ перед входом в туннель поддерживать локомотив L1 на максимальной выходной мощности, в то время как один или более задних локомотивов (которые, как ожидается, будут испытывать недостаток кислорода) должны работать на холостом ходу. Те локомотивы, которые не работают на холостом ходу, сконфигурированы для обеспечения максимального тягового усилия. Однако работу этих других локомотивов тогда будут снижать номинальные рабочие характеристики вследствие увеличения температуры, которое они станут испытывать, как только войдут в туннель.
Например, что касается поезда с фиг.1A; то поскольку, как отмечено выше, может быть достаточно кислорода только для использования ведущими локомотивами, локомотивы L1 и L2 должны быть сконфигурированы для полного тягового усилия; в то время как локомотивы L3-Ln должны быть сконфигурированы для работы на холостом ходу. В качестве альтернативы, локомотивы конфигурируют так, чтобы после входа в туннель X, локомотив L1 эксплуатировался с его полным тяговым усилием. Следующий локомотив L2 конфигурируют для работы на холостом ходу. Следующий локомотив L3 также конфигурируют для работы с его полным тяговым усилием. Остающиеся локомотивы L4-Ln конфигурируют для работы на холостом ходу. В каждом примере, ведущий локомотив L1 предназначен для того, чтобы оставаться с полным тяговым усилием на протяжении всего перемещения по туннелю X; в то время как второй работающий локомотив (локомотив L2 в первом примере, локомотив L3 во втором примере) снижает номинальную мощность только вследствие температуры. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что реализуемая стратегия принимает во внимание местоположение локомотивов внутри поезда, чтобы распределять необходимое тяговое усилие. Вагоны C между локомотивами фактически помогают пополнять кислород в туннеле, также как понижать температуру в туннеле благодаря зазору между локомотивами, обеспечиваемому вагонами. Таким образом, например, если в составе с фиг.1В имеется четыре локомотива, локомотивы L1 и L4 могут работать с полной производительностью, в то время как локомотивы L2 и L3 сконфигурированы для работы на холостом ходу. Из-за охлаждающего эффекта стен туннеля, образуемого большим количеством вагонов между локомотивами L1 и L4, эти два локомотива могут оставаться работающими с полной производительностью на протяжении всего прохождения через туннель.
Важно, и это является признаком изобретения, динамически изменять конфигурацию двигателей в ответ на условия, с которыми встречаются при перемещении через туннель X. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что информацию, воспринимаемую или контролируемую в одном местоположении, также можно экстраполировать для установления информации об эксплуатационном режиме в других местоположениях. Например, если температура охлаждения в локомотиве L2 в первом примере начинает подниматься к точке, где локомотиву нужно снизить номинальную мощность, главное устройство управления ГУУ, в ответ на входные сигналы от различных контроллеров R1-Rn, может одновременно переводить локомотив L2 в режим холостого хода, в то же время переводя локомотив L3 из его режима холостого хода к полному тяговому усилию. В настоящее время это невозможно выполнять динамически. В качестве альтернативы, главное устройство управления может снижать номинальную мощность локомотива L2 до более низкого эксплуатационного режима, при переведении больше чем одного из других локомотивов, работающих на холостом ходу, в оперативный режим. Снова, в соответствии со способом согласно изобретению, эти действия выполняются одновременно и динамически, например, в ответ на воспринимаемые условия внутри туннеля и предварительно установленные критерии относительно максимальных рабочих температур для каждого двигателя. В целом, система и способ согласно изобретению реализуются для составов из трех или более локомотивов. Результат заключается в поддерживании полного тягового усилия поезда, достаточного для передвижения поезда через туннель X, с динамически регулируемой конфигурацией различных локомотивов (в зависимости от доступности и потребления кислорода, протяженности туннеля, уклона, полной нагрузки и окружающей среды внутри туннеля, включая воздушный поток, внутреннее рассеяние тепла и высоту над уровнем моря), чтобы достигать этого результата.
После выезда из туннеля T через выход В, система и способ согласно изобретению функционируют так, чтобы привести все локомотивы снова в требуемую эксплуатационную конфигурацию. Выход из туннеля X может быть определен различными способами. Один способ заключается в контролировании скорости поезда, проходящего через туннель. Поскольку длина туннеля известна, как и скорость поезда, главное устройство управления ГУУ может быстро вычислить, сколько пройдет времени прежде, чем выхода В достигнет ведущий локомотив L1, а затем другие локомотивы. Другой способ заключается в падении температурного градиента, который испытывается, когда ведущий локомотив перемещается из области высокой температуры внутри туннеля на относительно более холодный воздух вне туннеля. Независимо от того, как производится определение, основываясь на известных или предполагаемых условиях вне туннеля, тяговое усилие может быть определено для каждого локомотива. Это определение включает в себя текущее рабочее состояние, включая текущее тяговое усилие каждого локомотива и то, как он эксплуатировался при перемещении в туннеле. Эти определения выполняются бортовыми устройствами, как и момент времени, когда должны начаться изменения в конфигурации.
Снижение времени восстановления локомотивов выполняется в соответствии с множеством протоколов. Один способ выполнения этого заключается в переключении каких-либо находящихся в режиме холостого хода локомотивов внутри состава на полное тяговое усилие либо немедленно после выхода из туннеля, либо по мере того, как каждый локомотив достигает выхода. Например, работающий на холостом ходу локомотив может начать переход от его числа оборотов холостого хода, начиная с момента за десять (10) секунд, или за некоторое другое заданное время, до того, как будет достигнут выход. В то же самое время работающие на холостом ходу или близко к этому локомотивы начинают свое увеличение к их полному тяговому усилию, при этом те локомотивы, которые работают на этом уровне или близко к нему, могут начинать снижать свою номинальную мощность. Таким образом, например, если локомотивы L1 и L2 работают на их полной мощности, а локомотив L3 работает на холостом ходу, когда локомотив L3 достигает точки, где до выхода В из туннеля остается десять секунд, главное устройство управления ГУУ отдает команду этому локомотиву начинать увеличивать его рабочую мощность, в то время как локомотивы L1 и L2 одновременно начинают снижать свои номинальные рабочие характеристики. Поскольку ограниченная доступность кислорода больше не рассматривается при выходе поезда из туннеля, локомотив L3 должен быть способен быстро достигать своей полной производительности и поддерживать ее. Из-за термических тепловых эффектов, образующихся от отработавших газов в туннеле, иногда требуется несколько минут (обычно 3 - 5 минут) для того, чтобы локомотив достиг заданного рабочего уровня. Однако посредством упреждающего увеличения одного или более локомотивов до их полной номинальной мощности прежде, чем они достигнут выхода В из туннеля, при одновременном снижении номинальных рабочих характеристик того локомотива, который эксплуатировался с полной номинальной мощностью или около нее, уменьшают время для полного восстановления этих локомотивов по существу без влияния на полное объединенное тяговое усилие локомотивов.
В другом примере, локомотив L1 снижает номинальные рабочие характеристики для прохождения туннеля, с локомотивами L2 и L3, сконфигурированными для работы на полной мощности при перемещении через туннель. Если при прохождении туннеля локомотив L3 снижает номинальные рабочие характеристики из-за указанных ранее условий, система и способ согласно изобретению действуют так, чтобы снизить номинальные рабочие характеристики локомотива L3, при доведении локомотива L1 до полной мощности. Это может быть выполнено так, чтобы локомотив L1 перешел на полную мощность непосредственно перед тем, как поезд T выйдет из туннеля X, и позволит поезду достигать полного тягового усилия поезда по существу сразу же после покидания туннеля. Опять-таки, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что при выходе из туннеля X, восстановление локомотива L3 зависит от его теплового восстановления, а не от недостатка кислорода.
Система и способ согласно данному изобретению обеспечивают гибкость в управлении составом, недоступную прежде для функционирования в туннелях. Опять-таки, это обусловлено способностью динамически реагировать на воспринимаемые условия, одновременно переконфигурируя локомотивы внутри состава вследствие воспринимаемых эксплуатационных условий локомотива при прохождении туннеля, а также прогнозируя производительность, позволяющую конфигурировать локомотивы надлежащим образом до входа в туннель и неоднократно до выхода из туннеля. В дополнение к предыдущим примерам, система и способ согласно изобретению действуют для широкого диапазона конфигураций локомотивов.
Реализация системы и способа согласно изобретению может включать в себя подготовку программы, сохраняемой в главном устройстве управления, которое содержит информацию относительно всех туннелей железной дороги в пределах географического района; например, Соединенных Штатов Америки, Канады, Мексики. Для каждого туннеля можно вводить координаты GPS для концов туннеля, в дополнение к информации типа уклона внутри туннеля. Как только маршрут для поезда известен, главное устройство управления может предварительно планировать конфигурацию для локомотивов, основываясь на информации о местонахождениях туннелей.
Наконец, хотя система и способ согласно изобретению были описаны для составов, состоящих из трех или более локомотивов, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что части изобретения, такие как предварительное охлаждение локомотива перед входом в туннель, также можно использовать с составами, состоящими из единственного и из двух локомотивов, не выходя при этом из объема настоящего изобретения. Дополнительно должно быть понятно, что эта стратегия также применяется к другим конструкциям или системам, в которых воздушный поток и рассеяние тепла являются эксплуатационными соображениями.
Ввиду вышеизложенного, следует отметить, что достигнуты несколько целей изобретения и получены другие выгодные результаты. Поскольку в вышеупомянутых конструкциях можно выполнять различные видоизменения, не выходя при этом из объема изобретения, это подразумевает, что весь материал, содержащийся в приведенном выше описании или показанный в прилагаемых чертежах, должен интерпретироваться как иллюстративный, а не ограничивающий.
1. Способ управления прохождением поезда (Т), использующего множество локомотивов (L1-Ln), через туннель в соответствии с планом движения, при котором
устанавливают заданные эксплуатационные характеристики, по меньшей мере, одного выбранного локомотива в поезде при подготовке к прохождению поезда через туннель, когда поезд приближается к входу (А) в туннель,
контролируют условия внутри туннеля и работу выбранного локомотива, когда поезд проходит через туннель, включая динамическое изменение конфигурации эксплуатационных характеристик выбранного локомотива в зависимости от контролируемых условий внутри туннеля и работу выбранного локомотива при его нахождении в туннеле, таким образом достигая тягового усилия, достаточного для перемещения поезда через туннель в соответствии с планом, и оптимизируя работу локомотива, и повторно устанавливают эксплуатационные характеристики выбранного локомотива, когда поезд приближается к выходу (В) из туннеля, для облегчения восстановления выбранного локомотива от влияний прохождения через туннель.
2. Способ по п.1, при котором дополнительно одновременно изменяют конфигурацию выбранного локомотива, когда поезд подходит к туннелю, проходит через него и выходит из туннеля.
3. Способ по п.2, при котором дополнительно устанавливают местонахождение поезда относительно выхода из туннеля и конфигурируют выбранный локомотив для восстановления от прохождения через туннель до того, как локомотив достигает выхода из туннеля.
4. Способ по п.1, при котором дополнительно изменяют рабочие режимы каждого из локомотивов на заданный набор рабочих режимов до того, как каждый локомотив достигнет входа в туннель.
5. Способ по п.4, при котором заданный набор рабочих режимов для каждого локомотива включает в себя, по меньшей мере, один из номинальной мощности двигателя локомотива, температуры, при которой функционирует система охлаждения двигателя, охлаждения тяговых двигателей локомотива и тягового усилия других локомотивов.
6. Способ по п.5, при котором регулирование работы каждого локомотива осуществляют путем снижения номинальных рабочих характеристик локомотива посредством понижения его выходной мощности от номинального уровня функционирования, включая перевод локомотива в режим холостого хода.
7. Способ по п.1, при котором дополнительно устанавливают местонахождение локомотива относительно входа в туннель и количество времени до того, как локомотив достигнет входа, по меньшей мере, одним способом из контролирования сигнала о расстоянии придорожной полосы, передаваемого на локомотив, передачи на локомотив информации глобальной системы определения местоположения (GPS), обращения к базе данных карты трассы, поддерживаемой на локомотиве, причем база данных включает в себя информацию относительно предполагаемых условий внутри туннеля, или считывая изменение температуры окружающей среды, которое происходит, когда локомотив входит в туннель, посредством чего локомотив может быть сконфигурирован для прохождения через туннель, когда он приближается к входу в туннель.
8. Способ по п.1, при котором при контролировании условий в туннеле и динамическом изменении конфигурации эксплуатационных характеристик выбранного локомотива дополнительно динамически изменяют эксплуатационные характеристики каждого из других локомотивов в зависимости от контролируемых условий внутри туннеля и текущей работы каждого из локомотивов при нахождении в туннеле таким образом, чтобы достичь тягового усилия, достаточного для перемещения поезда через туннель в соответствии с планом и оптимизировать работу каждого локомотива.
9. Способ по п.8, при котором дополнительно одновременно изменяют конфигурацию каждого из локомотивов на основании контролируемых условий и работы каждого локомотива, включая регулирование эксплуатационных характеристик локомотива в зависимости от потребления кислорода, воздушного потока, внутреннего рассеяния тепла, протяженности туннеля, уклона, полной нагрузки, внутреннего рассеяния тепла и высоты над уровнем моря.
10. Способ по п.1, при котором при повторной установке эксплуатационных характеристик выбранного локомотива при приближении поезда к выходу из туннеля
определяют текущий рабочий режим локомотива при его нахождении в туннеле,
определяют заданный набор рабочих режимов для локомотива при выходе поезда из туннеля, чтобы облегчить восстановление локомотива от влияний прохождения через туннель и достичь заданную конфигурацию после туннеля настолько быстро, насколько возможно после выхода из туннеля,
определяют время или расстояние, необходимое локомотиву для достижения выхода из туннеля, и
изменяют эксплуатационные характеристики локомотива для достижения заданного набора рабочих режимов в пределах времени или расстояния, необходимых локомотиву для достижения выхода их туннеля.
