基于空气动力学的客货共线铁路隧道内轮廓面积优化探讨

与常规铁路隧道不同,客货共线铁路隧道内轮廓有效净空面积大小尚应考虑列车类型、车辆密封性和旅客舒适度等因素,通过对速度160km/h、200km/h的普通旅客列车和动车组交会时空气动力学效应仿真分析,结合我国目前列车车辆密封性性能情况,提出新建客货共线铁路隧道适度标准按照1.25 kPa/3s控制,当普通旅客列车密封指数达到2s,时速200km双线隧道内轮廓有效净空面积可优化至76m~2。     

高速磁浮列车隧道交会时洞内压力波动数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究时速600 km等级高速磁浮列车交会时隧道内压力峰值的分布规律,分析隧道长度、隧道净空面积、列车运行速度和列车长度对列车交会时隧道内压力峰值的影响规律。结果表明:隧道中央测点的压力波动最剧烈,压力峰值以隧道中央位置为中心点往隧道2侧对称分布;列车运行速度为400～650 km·h~(-1)、列车编组为3～10辆时,基于隧道内压力峰值的最不利隧道长度在160～1 000 m范围;隧道内压力峰值均随隧道净空面积增加而减小,随列车运行速度的增大而急剧增大,列车长度对其基本无影响;拟合发现隧道内压力峰值与隧道净空面积约-1.1～-1.4次幂成正比,与列车运行速度约2.0～3.8次幂成正比;当采用现有350 km·h~(-1)等级高速铁路双线隧道净空面积标准,并且2列列车以600 km·h~(-1)交会时,隧道内压力峰值高达±30 kPa,必须增大隧道净空面积或增设竖井等减压设施以满足ERRI医学健康标准。     

400 km/h高速铁路小半径曲线地段橡胶浮置板轨道参数优化研究

为了研究400 km/h高速铁路列车经过小半径曲线地段时的动力响应特性,建立小半径曲线地段CRH380B车辆-轨道动力学模型,结合列车实测数据验证模型的准确性,随后模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段的动力响应。结果表明：(1)相较于非减振轨道地段,当橡胶浮置板轨道的减振垫铺设刚度为0.019 N/mm³、0.033 N/mm³、0.042 N/mm³、0.1 N/mm³时,轨道减振效果分别为13.4 dB、13.4 dB、12.5 dB、8.6 dB;(2)道床板厚度、减振垫刚度的建议取值分别为300 mm、0.03 N/mm³。研究成果可为400 km/h高速铁路橡胶浮置板轨道结构设计提供理论依据。     

CR400AF型高速列车车轮擦伤引起的轮轨冲击台架试验研究

由于轮轨滚动接触的复杂性,在有限的建模精度下用数值仿真很难指导实际运营,且现场试验成本太高。为解决这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,采用CR400AF型高速列车真实车轮和一系悬挂,在车轮踏面滚动圆处预制不同长度、宽度和深度的擦伤,进行不同车轮擦伤下0～400 km·h^-1速度范围内的轮轨冲击试验,分析车轮擦伤长度、运行速度对轮轨垂向力和轴箱振动加速度的影响规律。结果表明：轮轨垂向力最大值随车轮擦伤长度的增加而增加,在0～35 km·h^-1速度范围内随速度的增加逐渐增加,并在约35 km·h^-1速度时达到最大,然后随速度的增加逐渐减小;在车轮擦伤冲击下,轴箱振动加速度最大值的变化规律与轮轨垂向力最大值基本一致;从车轮擦伤安全限界分布发现,危险区为舌状分布,车轮擦伤后速度要尽可能避开 25～70 km·h^-1速度区间,擦伤长度大于60 mm时不建议上线运行。     

高速铁路隧道气动效应现场测试分析

通过现场测试高速铁路列车引起的隧道气动效应，分析列车速度、列车编组、隧道长度等因素对气动荷载、振动加速度和微气压波的影响。结果表明：列车通过隧道时，隧道壁面及附属设施表面气动荷载峰值与列车速度近似呈2次方关系；8编组列车通过较短隧道时气动荷载峰值大于通过较长隧道时，16编组列车则相反；控制箱左右两侧气动荷载峰值相差较小，顶底部气动荷载峰值相差明显；在隧道防护门中部气动荷载峰值大于上部和下部，上部和下部气动荷载峰值接近；隧道壁面无显著振动，隧道附属设施表面振动明显；在距隧道入口200 m处压力梯度峰值与列车速度呈3次方关系，列车运行速度超过一定值后，出口附近压力梯度峰值高于入口附近；隧道出口20 m处微气压波峰值与列车速度近似呈6次方关系。     

京沪高速铁路隧道有效断面适应性研究

研究目的:针对京沪高速铁路隧道,采用一维、非定常、可压缩流动模型和特征线法,通过数值计算方法,对于净空面积为100 m2的隧道,选取不同的隧道长度、列车长度、列车速度等参数对单、双线隧道瞬变压力的影响进行了敏感性分析,从而探讨隧道净空面积为100 m2时的适应性。研究结论:结合国内压力波容许标准和UIC标准进行的比较分析结果,给出了京沪高速铁路隧道内列车高速运行的密封时间要求,并建议隧道内会车时,列车速度应低于350 km/h。     

沪通长江大桥主桥风—车—桥动力响应研究

将轨道不平顺作为系统的内部激励,风载荷作为外部激励,考虑静风力和脉动风力,采用自编程序TYWTB建立车桥耦合系统动力学模型,进行不同风速激励下不同速度列车通过桥梁时的系统动力响应分析,并对车辆的安全性和舒适性进行评价。结果表明:随着风速的增加,车桥系统的动力响应增大,中跨最大垂向动挠度和横向动位移均出现在行车侧上弦;随着车速的增加,车桥系统的动力响应增大,桥上车辆的安全性和舒适性随车速的增加而降低;桥面风速等于或小于25m·s^-1时,160~250km·h^-1车速范围内车辆响应未超限值;当桥面风速达到30m·s^-1时,160~250km·h^-1范围内动车横向加速度均超限,拖车在车速250km·h^-1时轮重减载率超限,行车安全无法保证;由于沪通长江大桥桥梁对车辆受风面的遮挡,平均风速达到25m·s^-1时仍能保证车辆的运行安全和乘坐舒适,满足《铁路技术管理规程》的相关要求;沪通长江大桥铁路桥面采用了钢箱结构,增强了竖向、横向刚度和抗扭刚度,使得桥梁在风场和列车的共同作用下整体性能良好。     

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。     

密封列车瞬变压力超标隧道长度区间研究

以高速铁路隧道列车车内舒适度标准为依据,结合单维特征线法的计算结果给出了不同密封性能列车对应的瞬变压力超标隧道长度区间,并分析得出列车车速、车长和动态密封指数对超标隧道长度区间的影响规律和不存在瞬变压力超标隧道长度区间时动态密封指数应满足的要求,最后对相关设计工作提出了建议。     

高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究

针对高速地铁列车通过隧道区间风井扩大段时引起的乘客耳感不适，依托某带隧道风井的地铁线路区间及设计时速120 km的8车编组地铁列车，以ATO运行模式开展实车试验；在确保试验可重复性的基础上，探究列车站间运行时各车厢内外压力变化规律，分析区间风井扩大段引起车内外压力突变的原因。结果表明：车头和车尾先后高速通过风井段时，相当于经历了隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，会形成类似于车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象，车头、车尾通过区间风井扩大段会导致车外压力的上升、下降，此时产生的压力突变是导致耳感不适的主要原因；尾车至头车的车外压力正峰值和负峰值全程呈上升趋势，头车和尾车压力变化峰峰值接近，分别为1 617和1 723 Pa,5车压力变化峰峰值最小，为964 Pa；列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大，速度为113 km·h^-1时，任意3和1 s内的车内压力变化幅值均超过相应标准中的耳感舒适性要求。     

90 km/h以上速度级地铁车辆隧道空气动力学探讨

参考国内外动车组和高速铁路的一些相关规定,探讨了90 km/h以上速度级地铁车辆通过隧道时的气动评价标准和评价指标,阐述了车内压力波波动产生的原理,并给出了增加车辆气密性、增加隧道断面、限速运行和改善线路等可以提高乘坐舒适度的建议。     

某特长水下隧道气动效应试验研究

采用CRH2-061C动车组,以180～320km.h-1速度往返运行,对某特长水下隧道下行线进行气动效应试验研究。研究结果表明:隧道内瞬变压力、列车风、气动载荷和隧道洞口微气压波值均随着车速的增加而增加,车厢内舒适度随着车速的增加而减少;隧道南口的微气压波值、首波压力梯度均小于北口,这主要是由于南、北口的缓冲结构型式存在差异;隧道内附属设施受到的气动荷载、车内气压3s变化值均在相关标准的要求值之内;车速大于250km.h-1时,乘员有耳鸣和不舒适感。根据研究结果提出如下建议:CRH2-061C动车组通过该隧道的合理速度为260km.h-1;开启隧道内联络通道或布置吸能材料以衰减压力波的传播能量;研究制订复合型舒适度控制标准。     

基于DEM-MBD耦合方法的路桥过渡段不均匀沉降研究

为了从细观力学机理上研究路桥过渡段的劣化规律及其影响因素,采用离散单元 (DEM) 法生成轨枕与道砟模型,并施加相位荷载,通过多体动力学 (MBD) 方法建立相互独立的路基弹簧,实现对路桥过渡段中路基刚度变化的模拟,进而建立轨枕-道砟-路基过渡段耦合模型,进行不同路基刚度、列车速度、轴重以及桩基加固下过渡段不均匀沉降研究。结果表明：列车荷载作用下,路桥过渡段中过渡路基区沉降最大,普通路基区次之,桥面路基区最小;当列车车速由 94 km·h^-1增加至 281 km·h^-1、轴重由 16 t 提升至 32 t 时,过渡段不均匀沉降分别增大 60.9% 和 259.4%,轴重的影响更为突出;当列车车速为 94 km·h^-1和轴重为 16 t 时,采用刚度渐变路基或桩基加固软路基措施后,过渡段各路基区沉降均有减小,过渡段不均匀沉降分别减小 56.5% 和53.6%,验证了路桥过渡段采用搭板法与桩基加固法的合理性。     

80 km/h B型地铁列车隧道内运行空气动力学试验研究

为探明80 km/h B型地铁列车在隧道内运行时空气动力学效应,采用实车试验方法,在南宁某隧道直径为5.4 m的全地下线路开展空气动力学测试,分析列车在隧道内运行时,车内外气压波动情况以及车内耳压舒适度情况。研究结果表明：列车以80 km/h速度通过隧道内中间风井位置时,车内外压力波动剧烈,车外与车内测点峰峰值分别为1 452 Pa与923.4 Pa;列车在车内外压力波动剧烈时,车外各测点压力差异大,车内各测点压力差异小,车外各测点峰峰值的均方差值为车内各测点峰峰值的均方差值的9.6倍;列车在非风井区间运行时耳压舒适度良好,而在风井区间运行时有造成乘客耳压不舒适的风险。研究结果可为80 km/h速度等级地铁列车耳压舒适度的评估和改善提供参考。     

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究（一）——水介质条件下黏着特性

300～400 km·h^-1速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100～400 km·h^-1速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4～0.6μm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0～30%时的制动黏着特性。结果表明：在纵向蠕滑率从0.5%增至5%～8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%～8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^-1时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300～400 km·h-1范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加...     

都市快轨列车穿越矩形隧道时的气动特性研究

建立了都市快轨列车穿越矩形隧道的三维计算模型,应用不连续网格和动网格来模拟快轨列车穿越隧道的动态过程.采用三维、不可压缩、非定常的N-S方程考虑移动的快轨列车与固定的隧道之间的相对运动.在100 km/h、130 km/h和160 km/h 3种速度工况下,计算研究了列车从进入隧道直至完全驶出隧道的气动阻力变化规律和车体表面压力变化规律.计算结果表明,随着运行速度的增大,列车的气动阻力及车体表面压力变化幅值均增大.     

新建客货共线铁路设计暂行规定(续)

五　隧　道5 3 隧道内轮廓应满足乘车舒适度和消减列车空气阻力的要求。旅客列车设计行车速度为 160km/h路段 ,单线隧道轨顶面以上净空横断面积不应小于 42m2 ,双线隧道净空横断面积不应小于 76m2 ,曲线上的隧道应另行考虑曲线加宽增加的面积。旅客列车设计行车速度为 2 0 0km     

武汉市轨道交通16号线列车空气动力学现场试验分析

武汉市轨道交通16号线列车为时速120 km的密闭性地铁快线列车,采用压力波保护阀。文章通过开展武汉市轨道交通16号线列车空气动力学现场试验,分析了列车车内外空气压力变化规律,并测试了压力波保护阀的执行效果,最后评估了列车运行时交变气压波动下的车内压力舒适度及动态密封指数。结果表明:列车通过变截面时车内压力变化幅值相比车外压力变化幅值减小40%～70%;列车运行过程中压力波保护阀执行到位;车内压力舒适度及列车动态密封指数均满足标准要求。     

列车制动盘温度演变规律试验研究

基于TM-I型缩比惯性试验机，结合红外热像仪，在制动压力0.35～0.80 MPa、制动初速度60～160 km·h^-1条件下，以蠕墨铸铁制动盘为参考系，试验研究铝基制动盘的温度演变规律。结果表明：在制动压力0.80 MPa条件下，制动初速度由100 km·h^-1增至160 km·h^-1时，铝基制动盘峰值温度场由均匀分布转变为多条分离的带状分布，而铸铁制动盘均有宽度约为10 mm的高温带出现；2种制动盘峰值温度均随制动压力和制动初速度的升高而升高，但在制动过程中铝基制动盘的瞬时峰值温度呈“稳步上升”型，在制动后期下降不明显，而铸铁制动盘则为先快速升高，再“锯齿形”爬升，最后有所下降；制动压力为0.65 MPa时，制动初速度由80 km·h^-1增至160 km·h^-1时，铝基制动盘径向最大温差由31℃增至56℃，最大温度梯度由1～2℃·mm^-1增至3～4℃·mm^-1，而铸铁制动盘最大温差则由139℃增至233℃，最大温度梯度由7～8℃·...     

地铁车辆通过隧道时车内外压力波动特性研究

地铁车辆通过隧道时引起的车内外压力波动会对司乘人员造成不适感或危害。文章通过线路试验方法研究了地铁车辆通过隧道时车外压力和车内压力的波动特性,分析隧道截面及车速变化对车内外压力的影响。试验结果表明:隧道截面变化会导致车内压力与车外压力的波动,且车辆通过通风井时会产生明显的压力波动;司机室头车两侧侧窗车外压力变化趋势相同,司机室车内压力幅值大于客室压力幅值;列车分别以80 km/h与90 km/h运行时,90 km/h速度下的车外压力幅值与车内压力幅值均大于80 km/h相对应的数值,且均发生在列车进入隧道时,隧道截面变化时与通过通风井时。