不同运行方式对高速地铁气动效应的影响

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。     

考虑冲击限制的地铁列车牵引计算算法

地铁列车牵引计算往往沿用铁路列车的牵引计算方法,忽略了地铁车辆对控制加速度的"缓变式"处理过程,给牵引计算的控制加速度、速度和运行时间计算带来偏差。给出了考虑冲击限制情况下,地铁列车最大能力运行及节能运行时的牵引计算算法,并采用实际列车和线路数据对算法进行了验证。计算结果表明,考虑冲击限制的地铁列车牵引计算算法可以提高牵引计算中列车速度、加速度和时间的仿真精度,使速度和加速度的仿真计算结果更符合地铁列车运行实际,区间运行时间的计算精度可提高2%以上。     

基于循环模型的盾构隧道地铁列车行车性能分析

为提高盾构隧道中地铁列车运行性能分析的效率,构建一种循环计算模型。这一模型将地铁列车、轨道、盾构管片和土体形成一个闭环,目的在于通过减少自由度数量,缩短计算时间。模型中,地铁列车采用多刚体动力学进行模拟,而钢轨、轨道、盾构管片以及土体则通过有限元法进行建模。这两部分通过轮轨接触关系进行耦合。依据已有文献及完整模型的计算结果,进行循环模型计算准确性的验证。结果显示,提出的模型计算结果与完整模型相符,且所需的自由度数量仅为完整模型的1/5。最后,以长乐滨海快线机场站至中间风井区间的盾构区间为例,分析轨道结构动力响应及列车的运行安全性、平稳性和舒适性。分析结果显示,所有指标均符合规定要求。     

关于地铁隧道区间阻塞工况临界通风速度的研究(Ⅰ)

本文建立了地铁隧道区间段发生阻塞工况时空调列车周边热环境模拟的物理模型，并利用CFD的模拟分析软件对三种类型隧道的阻塞工况进行了数值求解。模拟结果表明对不同土建几何结构的隧道区间，地铁阻塞工况所要求的临界通风速度并不一致；我国目前的地铁设计规范中，关于列车阻塞所在的区间隧道的通风设计要求的表述是不够完善的，需要进行修订。     

快速地铁列车过隧道压力变化特性实车试验研究

为研究快速地铁列车在隧道内运行时的“列车-隧道”耦合空气动力特性，在杭海城际铁路开展实车试验，分别对列车以100 km/h与120 km/h的速度通过隧道时的车内外压力变化情况进行研究，计算压力峰-峰值、3 s压力变化幅值与1.7 s压力变化幅值，对比列车进隧道与出隧道过程中车内外压力变化情况，分析不同车辆编组位置与不同列车运行速度对车内外压力变化的影响，研究空调机组状态与车内压力变化幅值之间的关系。研究结果表明，快速地铁列车进出隧道过程中压力变化幅值相近；列车进入隧道并在隧道内运行时，尾车车内压力变化速率最快，车外压力峰-峰值从头车向尾车逐渐减小，而车内压力峰-峰值沿车长方向基本不变；当列车速度不同时，车内外压力对比应在无量纲时间下进行，随着列车速度的增大，车内外压力峰-峰值增大，压力变化速率加快；关闭空调机组可以显著减小车内压力变化速率，可为乘客舒适性研究提供参考。     

地铁隧道活塞风的简化计算

地铁列车在隧道内运行时,会产生活塞风,这种空气流动主要沿隧道轴线方向,可视为一维不可压缩流动.通过对地铁单线无竖井隧道的空气动力学特性进行一维理论分析,初步得到了活塞风量和风压的简化计算方法.研究表明,隧道内活塞风速与列车速度成正比,活塞风压与列车速度的平方成正比,可将列车等效为风机,采用“等效风机”特性曲线方程和隧道阻力特性方程共同来确定活塞风量,并且可以将该方法应用到有竖井的单线隧道中.该简化计算方法的提出,为隧道内活塞效应的研究建立了理论基础.     

地铁列车运行时引起的隧道内振动荷载研究

地铁环境振动研究首先需要确定隧道内的振动荷载。针对以往采用的解析计算模型确定地铁振动荷载时对列车、轨道、地基各子模型的影响研究不够,基于车辆-轨道-隧道-地基模型对此进行详细分析。研究结果表明:不考虑轨道不平顺时,列车可以直接简化为移动点荷载,考虑轨道不平顺时,不同列车模型确定的地铁振动荷载差别不大,但轮轨力存在一定差异,列车最好采用整车模型。整体式轨道的地铁振动荷载最大,有砟轨道次之,浮置板轨道最小。浮置板可以有效减少地铁振动荷载的幅值和频率,但随着浮置板长度增加振动荷载趋于恒定。地基模型对地铁振动荷载影响很小,地基可直接简化为Winkler模型。对计算模型中不同子模型的影响进行分析,可为地铁振动荷载的确定提供一定的参考。     

地铁列车通过隧道时的气动性能研究

列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征。研究表明:车体表面压力峰峰值、3 s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准。     

市域快速列车空气阻力研究

文章以广州某市域快速列车为例,对列车以160 km/h运行在明线和隧道两种场景下的空气阻力进行研究,比较分析了各节车辆及部件的阻力、阻力系数和占比。研究结果表明：市域列车在明线和隧道运行时,头尾车受到的空气阻力最大;在列车各部件中,车体所受空气阻力最大,转向架次之,受电弓最小;隧道运行时列车所受空气阻力达到明线运行时的2倍以上,其中头尾车的空气阻力增幅最大,同时车体、转向架和受电弓的空气阻力也有较大增幅。     

关于地铁隧道区间段阻塞研究工况临界通风速度的研究（Ⅰ）

本建立了地铁隧道区间段发生阻塞工况时空调列车周边热环境模拟的物理模型，并利用CFD的模拟分析软件对三类隧道的阻塞工况进行了数值求解。模拟结果表明对不同土建几何结构的隧道区间，地铁阻塞工况所要求的临界通风速度并不一致，我国目前的地铁设计规范中，关于列车阻塞所在的区间隧道的通风设计要求的表达是不够完善的，需要进行修订。     

地铁曲线隧道施工中线的偏移及其坐标计算

列车在曲线轨道上行驶时,由于超高的存在,车辆向曲线内侧倾斜。因此,在曲线地段的隧道断面内侧尺寸会增大。采用盾构法施工的圆形隧道,其断面半径也就会增大,并出现断面内侧得到有效的利用,而断面外侧不能充分利用的情形。如果将地铁在曲线地段隧道的施工中线相对于线路设计中线向内侧偏移某一个量,便可节省曲线隧道开挖断面尺寸,降低地铁建造成本。讨论了地铁曲线隧道施工中线相对于线路设计中线偏移量的计算,以及根据偏移量进行地铁曲线隧道施工中线上各点坐标的计算。     

地铁牵引仿真计算中的牵引策略研究

针对城市轨道交通的运行特点,建立牵引计算模型,提出新的牵引策略。采用制定牵引、制动速度位置表的方法确定列车工况,能充分发挥列车的牵引性能,对列车停站进行了详细分析。编制了地铁列车牵引仿真程序,通过实例验证了其可靠性和实用性。     

城市轨道交通运行中的车钩力最优控制策略

通过建立多质点城市轨道交通仿真模型,以深圳地铁1号线为研究背景,将优化列车之间车钩力作为控制目标,在列车达到某一恒速运动和恒力启动加速运动2种工况下,分析车钩力与牵引力之间的关系,进而依据车钩力仿真结果,提出列车评价车钩力标准,得到列车合理控制策略。其间,采用2种模型并行试验、牵引力合理分组和数理统计的方法,得出试验结论。并基于列车计算以及仿真结果对比分析,验证仿真试验的合理真实性。试验结果表明:在满足地铁车辆运行标准前提下,列车在恒力启动加速以及恒速运行2种工况下,可验证最优控制策略并非列车牵引力平均分配控制策略,进而可得到列车最优控制方式。     

基于乘客舒适性的快速地铁隧道压力波分析

针对地铁列车在隧道内的运行特点,采用FLUENT(6.3.26)三维模拟软件,在列车最高运行速度120 km/h的条件下,对列车进出隧道洞口、在隧道内匀速运行、进出站及加减速运行、经过中间风井等多个运行场景的压力波及压力变化率进行模拟分析,提出地铁列车在隧道内运行压力波和压力变化率规律,以及在给定压力舒适度标准下的最大隧道阻塞比。     

基于可见光通信和接收信号强度检测的列车定位方法研究

精确的列车位置信息是CBTC(基于通信的列车控制)系统保障列车安全高效运行的关键因素。针对地铁独特的隧道环境和列车运营特点,提出一种VLC(可见光通信)和RSSI(接收信号强度检测)相结合的列车定位方法。首先,以朗伯光源模型为基础,构建LED可见光通信的CBTC系统的列车定位模型;其次,利用RSSI值计算隧道壁上LED灯与列车之间的直线距离,并使用三边定位原理和最小二乘法拟合列车定位结果;然后,引入VLC与RSSI相结合的列车定位观测模型和误差模型,对运行中的列车实时定位与误差分析;最后,以成都地铁1号线的真实线路数据和设备参数为依据,验证所提方法的可行性和有效性。研究结果表明:该列车定位方法的最大定位误差为39.23cm,平均定位误差为13.36cm,满足CBTC系统对高精度列车定位的要求,可以作为传统列车定位方法的一种全新选择。     

地铁区间隧道环境温度影响因素分析和预测模型研究

利用地铁区间隧道环境温度的实测数据,分析了大气温度、大气相对湿度、列车数量、客流量、运行年限对地铁区间隧道环境温度的影响,并利用回归分析得到了区间隧道环境温度的预测模型.分析结果显示:外界大气温度直接影响区间环境温度的变化趋势;区间隧道环境温度与外界大气相对湿度、列车数量和客流量具有相似的波动规律;运行年限的增加导致区间隧道热堆积加剧,使区间隧道环境温度逐年升高;利用回归模型的T检验结果可以得到各因素对区间隧道环境温度的影响程度,而回归模型可以较准确地预测隧道环境温度.     

运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究

通过对我国某型地铁列车进行隧道空气动力学实车线路试验,得到地铁列车实际运行过程中车内、外压力变化规律。试验结果表明:该型地铁列车车内压力变化满足我国地铁设计规范舒适度评价标准及美国地铁人体舒适度评价标准。地铁列车运行过程中,最长隧道区间的车内、外压力变化幅值明显大于其它隧道;列车以不同速度和模式运行中,车内1.0 s、1.7 s、3.0 s时的压力变化幅值和车外各测点压力变化幅值均不相同,车体表面测点压力变化由车头至车尾方向呈逐渐减小的趋势。     

地铁隧道下穿既有铁路桥施工影响分析

近年来我国城市地铁建设得到了较快的发展,隧道下穿既有构筑物的工程增加,地铁下穿既有铁路桥施工,如处置不当将影响列车安全运行。本文结合哈尔滨地铁隧道下穿既有铁路框构桥施工,对施工过程中框构桥与土层之间出现的滑移和脱空进行模拟分析,结合实际框构桥差异沉降观测结果,选择注浆加固桥基。研究结果表明:隧道施工过程中,桥梁的不均匀沉降,改变了桥梁的受力状态,但桥梁变形在允许范围内,根据需要可以加大注浆加固范围,以保证施工期间桥梁能够安全服役。     

地铁列车新型通风单元的研究

运用科特流理论分析了地铁列车在隧道中运行时，列车与隧道间气流对列车通风系统产生的影响，针对地铁列车现有通风系统存在的问题提出了同步换气法；设计出了集强近进风和强迫排风作用于一体的新型离心式通风机。这一研究对解决封闭空间在运动过程中的通风换气和内部环境压力控制问题具有重要意义。     

地铁列车车头绕流场的仿真计算与分析

随着地铁列车的发展,地铁列车的速度也在不断提高,其空气动力学性能也表现得愈来愈突出,本文以地铁列车为对象,建立了其外流场气动力学模型,并进行了列车车头绕流场计算与分析,结合地铁列车造型美学要求提出了48°前窗倾角流线型地铁列车车头设计方案,达到地铁列车车头设计空气动力学与美学结构设计的统一。