轻量化掀起轨道车辆设计“绿色革命”——访中国南车南京浦镇车辆有限公司客车设计部系统设计师、教授级高级工程师徐凤妹

轨道车辆的轻量化设计,必须首先保证车辆的强度和刚度,从而充分保证列车的运行安全。同时车体的轻量化设计,还可能涉及到车内的舒适度。车内噪声的大小是衡量车内旅客舒适度的一个重要指标,振动和噪声是需要统一研究的,结构的振动引起空气的振动,然后以波动的形式在空气中传播,成为噪声（声音）,车体的刚度不足会产生车体振动恶化现象,造成车内噪声增大,影响车内旅客的舒适度。近日,记者针对列车轻量化设计方面的话题,采访了中国南车南京浦镇车辆有限公司客车设计部系统设计师、教授级高级工程师徐凤妹。     

大跨度铁路斜拉桥竖向刚度的研究

运用桥梁结构动力学和车辆动力学的研究方法，将车、桥作为联合动力体系，分析了列车地桥速度、主梁刚度、车辆阻尼、桥跨阻尼等因素变化时，对大跨度铁路斜拉桥的桡度、司机室加速度、司机室挠度、旅客舒适度及车辆脱轨安全的影响。     

基于能耗分析的车厢热舒适性综合研究

随着人们生活水平的提高,旅客对列车的舒适度也提出了更高的要求,如何在保障旅客热舒适性的同时降低能耗已成为当前研究的热点问题.基于热舒适性评价指标和车厢能耗模型,针对影响列车空调系统能耗以及热舒适性的车厢内风速、温度和相对湿度加以综合探讨,提出了列车空调系统的节能调控措施,为列车空调系统的进一步节能改造和改善车厢内人体热...     

令人注目的城际列车舒适度

公交化高速城际列车的开行,标志着铁路列车不仅仅是一个运载旅客的现代化交通工具,而且还是一种提供快捷、安全和舒适乘坐环境的现代化交通工具。专家指出,高速、重载和安全已不再是新世纪现代化铁路交通发展唯一追求的目标,旅客乘坐列车的舒适程度随着人们生活品质的不断提高也有了极大的改善,舒适度正成为铁路车辆设计、制造和运行的一个新课题。国外铁路发展先进国家在列车乘坐舒适度方面有了长足的进步和发展,正值今年8月1日我国第一条京津城际高速铁路开行之际,本文译者介绍了国外先进铁路列车舒适度的最新相关报道,以供有关部门和工程设计人员参考,为我国城际列车设计现代化和国产化提供有益的借鉴。译文中的小标题系译者为方便阅读而添加。     

我国城市轨道列车工业设计研究综述

从工业设计视角对城市轨道列车进行研究，有助于提高列车的安全性、舒适宜人性、美学和文化特性，使其成为提升城市形象的一张靓丽名片. 首先，结合相关标准，阐述了我国6类城市轨道列车的主要外形特征；然后，概括提出了城市轨道列车端车和中车车体造型设计、车体涂装设计时应重点考虑的共性约束因素和关键参数取值范围，总结给出了城市轨道列车外观设计的相关要点；接着，围绕司机室驾驶界面和客室旅客界面，对我国城市轨道列车车内环境设计研究进行了综述，明确了这两大界面设计各自研究的现状及侧重点；最后，对我国城市轨道列车工业设计领域的研究进行了总结和展望，指出应进一步加强列车-线路-人文多要素耦合理论与设计方法、列车车内空间及界面系统优化设计与综合评价技术和列车车内视觉环境评价与优化设计的研究.      

大跨度公轨合用斜拉桥的车桥风耦合振动研究

大跨度公轨合用斜拉桥在横向风荷载的作用下会加大车辆冲击荷载等动荷载的动力响应,产生较为明显的变形和振动,从而影响到桥梁结构安全、桥上行车安全和旅客乘坐舒适度。主要针对列车-汽车-桥梁-风进行耦合动力学分析,研究耦合体系中桥梁、公路汽车和轨道列车振动响应并开展评价。     

地铁车辆内装设计人机工程学分析

借鉴国外地铁车辆内装设计经验,提出我国地铁车辆内装设计中座椅和扶手设计尺寸的选取原则,并建立地铁车辆内装模型,应用人机工程学计算机仿真软件,对设计的车辆座椅和扶手进行了模拟分析,验证了选取原则的有效性,确定了其设计尺寸的合理范围,为今后我国地铁车辆的内装设计提供了参考依据.     

地铁车辆内装设计人机工程学分析

借鉴国外地铁车辆内装设计经验,提出我国地铁车辆内装设计中座椅和扶手设计尺寸的选取原则,并建立地铁车辆内装模型,应用人机工程学计算机仿真软件,对设计的车辆座椅和扶手进行了模拟分析,验证了选取原则的有效性,确定了其设计尺寸的合理范围,为今后我国地铁车辆的内装设计提供了参考依据.     

从CRTSCHINA2013国际高铁技术展看高速列车轻量化技术发展新动向

每年的CRTSCHINA高铁技术展除展示与高铁有关的机车设备、电气设备、新材料、车辆内饰等产品及解决方案之外，其关键技术也成为热点之一，如：高速列车轻量化技术，该技术作为我国“十二五”高速列车科技发展的重点任务之一，一直以来都是业内人土关注的焦点话题。     

铁路旅客选择列车的随机机会约束目标规划模型

旅客乘坐铁路列车出行时,需选择列车车次,这与各次列车的情况和旅客的出行要求均相关. 分析旅客选择列车时的不确定因素和追求的多重目标,引入随机决策优化理论,在旅客对列车实际到达时刻、出行费用、购票成功概率、旅行舒适度等要求的约束下构建了选择列车的随机机会约束目标规划模型. 列车到站时的晚点时间与购票时的剩余票额是影响旅客选择列车的两个重要的不确定因素,且是随机变量. 根据其分布函数和旅客出行的相关要求将含有不确定约束的模型转化为确定模型,并用隐枚举法进行了算例求解. 结果表明,模型能够明确地给出旅客选择列车的合理建议.     

前言

基于RP(Revealed Preference)和SP(Stated Preference)调查数据，利用潜在类别模型对高铁旅客进行细分，得到旅客对平行车次不同服务属性，如列车运行时间、发车时段和舒适度的偏好程度，并对其进行量化；引入收益管理，以多列车整体收益最大为目标，构建平行车次动态差别定价模型，并设计模拟退火算法进行求解；最后，通过京沪高铁进行实例验证.结果表明：与固定票价进行客票销售相比，所提方案能够适应高峰期和平峰期不同客流特点，提高铁路客票总收益，为高铁平行车次灵活定价提供参考.     

考虑收益管理的高铁平行车次动态差别定价

基于RP(Revealed Preference)和SP(Stated Preference)调查数据，利用潜在类别模型对高铁旅客进行细分，得到旅客对平行车次不同服务属性，如列车运行时间、发车时段和舒适度的偏好程度，并对其进行量化；引入收益管理，以多列车整体收益最大为目标，构建平行车次动态差别定价模型，并设计模拟退火算法进行求解；最后，通过京沪高铁进行实例验证.结果表明：与固定票价进行客票销售相比，所提方案能够适应高峰期和平峰期不同客流特点，提高铁路客票总收益，为高铁平行车次灵活定价提供参考.     

基于AHP-独立性权数法的列车旅客界面设计评价

为了克服高速列车旅客界面现有评价模型指标单一、赋权方法主观随意性、缺乏定量分析的局限性,首先,对新型双层高速列车的试验样车展开满意度调查,在此基础上从评价指标的全面性、系统性和层次性出发,构建了由设施尺度、安全设计、功能使用、空间环境和美学设计5类评价准则和36项具体指标组成的层次指标体系;其次,提出一种AHP法（层次分析法）结合独立性权数法赋权值的模糊综合评价模型,保留了专家的主观意见和乘客体验调查数据中的客观信息;最后,基于专家判断数据和调查评分数据求解了旅客界面评价指标体系的各层级权重,解算了新造样车和既有列车的评价等级. 研究结果表明:新造样车的评语等级为满意,隶属度为0.3977,既有列车评语等级为非常满意,隶属度为0.4422;根据权重计算得出旅客界面的设计改进顺序应为设施尺度、功能操作、空间环境、安全设计和美学设计;各评价准则中座椅人机曲面、设施尖角圆润、座椅可调性、空气质量和色彩协调性是对乘客满意度影响最大的因素.      

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

迎接车辆内部设计的挑战

正如斯德哥尔摩皇家技术研究所的Karl Kottenhof先生所说，如何重新设计列车内部、并降低成本，同时还要使乘客对旅行环境满意，这对全世界的铁路运营者来说，确实是个难题。研究所发现车辆引起的成本绝大部分是由于车辆结构设计和车辆维修，只有一小部分跟乘务人员和能源消耗有关。因此，有效利用车内空间至关重要，要配置更合理的座椅结构。车内设置旋转而不是倾斜的设施，就不会占据乘客太大的空间。蓝色织物更增加了乘客的空间感。     

斜拉桥在考虑风效应时的车-桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁时,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的指标.风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用MonteCarlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载.根据结构动力学理论,建立了机车(车辆)的动力学方程;建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路(最好的线路)模拟.计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s.     

斜拉在考虑风效应时的车—桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁是,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的的指标。风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用Monte Carlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载。根据结构动力学理论,建立了机车（车辆）的动力学方程,建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路（最好的线路）模拟。计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s。     

城际列车车下变压器弹性吊挂刚度设计

对某城际列车车下变压器弹性吊挂的刚度(吊挂刚度)进行设计,在设计过程中,先根据隔振理论确定车下吊挂变压器系统的固有频率(吊挂频率)范围,再依据吊挂频率范围,确定吊挂刚度设计范围,将不同吊挂刚度依次建入模型,对比分析变压器激励下车体地板的频率响应特性及空气弹簧激励下车辆的运行舒适度,依据对比分析结果,确定吊挂系统的最优吊挂频率为5 Hz,采用该弹性吊挂的车辆与采用刚性吊挂方式的车辆相比,车体地板垂向振动加速度大幅衰减,并且车辆运行舒适度也明显提高,这表明所采用的设计方法正确。     

轨道交通车辆被动安全防护标准体系设计准则与方法研究

为研究列车车辆被动安全防护设计准则与方法,基于不同国家列车车辆标准体系的规则,寻求不同标准体系中相互对应的联系,以我国动车组耐撞性要求和验证规范为落脚点,根据列车车辆的结构设计、耐撞性能模拟、司乘人员安全需求来阐述列车相关系统的设计方向和内在联系,最终把握被动安全防护的发展方向,为后续相应的车辆设计提供理论依据.     

车轮非圆化磨耗问题研究进展

高速铁路在我国迅速的发展,显著改善了人民的出行方式和质量,大幅度缩短了出行周期,充分提高了工作效率.我国的高速铁路网已成为"国民经济建设高速发展的大动脉",但运营中的高速列车车轮因连续磨耗和定期的镟修,轮径不断缩小且在缩小的不同阶段发生不同程度的非圆化磨损现象,某些阶段还十分严重.列车车轮非圆化磨耗会使轮轨间作用力显著增大,导致铁路车辆和轨道产生强烈的振动和噪声,影响车辆的运行品质、旅客乘坐舒适度和车辆-轨道系统零部件的使用寿命,严重时将会威胁到行车安全.车轮各类非圆化磨耗类型,主要分为局部非圆化磨耗和全周非圆化磨耗,其中局部非圆化磨耗主要包括扁疤、剥离、脱层、塌陷等局部异常磨耗,全周非圆化磨耗主要为车轮多边形磨耗.近几年,在我国各类型高速动车组列车上均发现车轮多边形磨损,在车轮全寿命周期内的不同轮径情况下,多边形磨损的边数（波长）和发展速度不同,已经越来越受到行业内相关研究人员的重视.文章详细地综述了国内外对铁路车辆车轮非圆化磨耗的研究历史和现状,涉及到相关研究文献75篇,对车轮非圆化磨耗的研究主要分为3个方面:（1）车轮非圆化磨耗对车辆/轨道系统动力学行为、车辆噪声的影响研究,大量研究表明车轮非圆化幅值、波长、车速和轴重等因素对车辆/轨道系统动力学行为和车辆噪声均有显著的影响.（2）列车车轮非圆化磨耗发展规律研究和列车车轮多边形磨耗机理研究.车轮多边形磨耗产生的根源在于转向架系统的高频柔性共振,系统的共振频率、列车速度和车轮的周长在满足一定的条件下,车轮多边形磨耗发展速率较高,轮轨滚动接触界面严重的不平顺激励,将促使多边形磨损萌生和发展.到目前为止,对于车轮多边形磨耗发生和发展的机理,国内外仍众说纷纭,未达成共识,尚待开展进一步的研究工作.（3）列车车轮非圆化磨耗检测技术相关研究.最后,对该领域今后的研究方向进行了展望:发展车辆轨道刚柔耦合动力学模型再现车轮多边形演化过程,多边形形成的机理;通过改变运营方式来抑制多边形发展速率;研究车轮智能踏面修形器来消除或抑制车轮多边形的发展.