面向川藏铁路的机车车辆运行基本阻力研究

川藏铁路沿途地形落差极大,全路段最高海拔为4 475 m,最低气压为60.2 kPa,最低气温为-30.6℃,这些因素会对机车车辆运行基本阻力产生影响。通过调研川藏铁路"雅安—昌都"之间各站点气象数据,根据列车运行基本阻力公式,分析川藏铁路沿线气压(海拔)与温度变化对机车车辆运行基本阻力的影响。研究结果表明,列车运行基本阻力与线路环境的气压(海拔)和温度密切相关;海拔的增高导致列车承受的空气阻力减小,而温度的降低使列车承受的空气阻力和机械阻力增大;与平原地区的气候环境相比,川藏铁路沿线海拔变化对动车组运行基本阻力的影响在70%左右,而温度变化对动车组运行基本阻力的影响在17%左右。研究成果可为在川藏铁路特殊高原气象环境条件下的列车牵引计算提供参考。     

高速列车空气阻力测量分析方法

为从高速列车阻力中分离出空气阻力和其他阻力,基于空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的假设,以及列车满载和空载状态下的惰行工况阻力测量数据,建立列车空气阻力、其他阻力、质量和速度的关联方程组,并对空气阻力项施加过零点且单调递增的约束,从而得到高速列车的空气阻力及其他阻力的计算公式;然后采用速度—加速度拟合和基于时间—速度曲线的列车阻力优化2种方法对CRH3型高速动车组的空气阻力进行分析。研究结果表明:利用空气阻力与列车质量基本无关、其他阻力与列车质量成正比的工程假设,可实现高速列车空气阻力与其他阻力的解耦及耦合分析;CRH3型动车组的空气阻力和其他阻力算式中均包含了与列车速度有关的二次项和一次项,但在空气阻力算式中与列车速度有关的一次项数值很小,可以忽略不计;对高速列车而言,采用列车总阻力的形式较采用列车单位基本阻力的形式更能准确地表达列车阻力的特性。     

准高速客车运行阻力的试验研究

通过在广深线进行的运营旅客列车的运行阻力试验，提出了单层准高速客车和双层准高速客车（以下简称“单客”和“双客”）的运行单位基本阻力计算公式，通过与在铁道部科学研究院环行试验线进行的起起加速试验数据的比较，验证了推导公式的合理性。从气动性能的角度分析了双客比单客运行阻力低的原因，指出了降低空气阻力的合理途径，认为要方便准确地确定客车运行阻力应分别进行空气阻力和机械阻力试验。     

基于NURBS理论的列车曲面优化方法

在CATIA软件环境中应用NURBS理论完成对CRH1A型动车组三维曲面的建模,使用ICEM CFD软件生成网格,再使用FLUENT软件对其外部流场进行数值计算,分析CRH1A型动车组气动特性后,发现其驾驶室由于曲率过大等因素引起的阻力大、尾流紊乱程度大等问题,因此采用传统的建模方法重新设计列车流线型外形并进行相应的气动特性计算与分析。对照后得出两者的空气阻力头尾车受到的空气阻力所占比例最大,整列列车空气总阻力主要表现为空气压差阻力,重新设计后的列车空气阻力相比CRH1A减小了12.16%。最后比较分析了两种建模方法各自的优缺点,并且提出了根据模型曲面复杂程度选择建模方法的一般性原则。     

CRH380BL高速动车组气动外形优化设计

降低列车运行阻力是实现高速列车速度能力提升、节能环保的有效手段。通过仿真分析和风洞试验等手段,研究了CRH3动车组气动外形与空气阻力的关系,并对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案。     

收纳高速动车组的《列车牵引计算规程》刍议

我国开通运营和正在建设的高速铁路里程已双冠全球。中国高速动车组(CRH系列)已规模制造和广泛采用,所以未来修订《列车牵引计算规程》收纳动车组已是大势所趋。动车组与机车牵引式列车的编组不同,是动车(M)和拖车(T)的固定编组,可以直接为列车牵引计算提供在平直道上所有运行工况下的列车单位合力数据。由于彼此的回转质量系数不同,高速动车组和机车牵引式列车虽然均遵循列车运动方程,但具体计算列车加速度、运行时间和运行距离等公式的相关系数存在差异。此外,一些意见和建议可供未来修订《列车牵引计算规程》参考,诸如删节图表、合并机车单位基本阻力公式、深入探究起动阻力、附加阻力(曲线阻力、隧道阻力等)以及系统计算精度等。     

动车组牵引能耗测算研究

在分析动车组能耗现状和现有文献的基础上,阐述了测算动车组能耗的经验公式法和受力分析法,选取特定线路利用两种方法对动车组能耗进行了比较研究,得出了特定线路条件下不同速度下经验公式的系数,测算出特定线路条件下的能耗。测算结果表明:动车组的行驶距离越长,用经验法计算得到的能耗误差越小;同样条件下,列车加速阶段能耗大于匀速阶段能耗,在同一运行阶段,列车合力能耗最大,基本阻力能耗次之,附加能耗最小。故列车在实际运行中,应尽量避免不必要的起停。     

中低速磁悬浮列车空气阻力计算

采用有限容积法,根据不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras模型,对CMS-04中低速磁悬浮列车运行的外流场特性进行了计算分析,分别计算了不同速度下无横风和有横风条件下的气动阻力。根据数据拟合出无横风与有横风的空气阻力公式,详细分析了各公式之间的差异。研究表明,在横风条件下推导出的阻力公式能够较好地反映出阻力随风速、车速的变化,为中低速磁悬浮列车准确的牵引计算提供帮助。     

高铁动车组降弓惰行通过整个供电单元可行性研究

为研究高速铁路动车组降弓惰性滑行距离,在已知初速度和线路LKJ数据情况下,通过计算列车基本阻力及坡道和隧道附加阻力,得到动车组每通过1m后的末速度,研究动车组惰行通过整个供电单元的可行性,为现场组织动车组降弓通过整个供电单元提供理论依据。     

动车组隧道附加阻力试验研究

动车组由于在隧道内运行而产生的阻力称为隧道附加阻力。本文对两列不同速度等级的动车组开展阻力试验研究,通过比较动车组在明线运行和通过隧道时受到的阻力,获得了特定动车组在不同速度下的隧道附加阻力变化规律,对今后我国动车组隧道阻力的研究具有参考意义。     

基于250～350km/h可变编组动车组牵引系统研究

介绍了250～350 km/h可变编组动车组牵引系统的性能指标。参照大西高铁综合试验数据和中国标准动车组互联互通阻力测试结果确定动车组运行总基本阻力计算公式,依据列车运行速度和编组数得出阻力调整因子,对可变编组动车组运行总基本阻力加以修正。根据动车组加速度和牵引力要求,计算出不同速度等级的4～18编组整车功率,并依次计算出牵引电机和变流器的功率。为提升牵引系统的轻量化和集成化技术,主变流器选定3 300 V/500 A SiC混合功率模块器件。根据3个速度等级4～18编组整车的功率比,考虑牵引电机极限值,计算出相应速度列车的动拖比和齿轮箱变速比。在不同的速度等级和编组情况下,分别对3种故障状态下的牵引性能进行验证。计算结果表明:所设计的牵引系统具有可行性,列车牵引、启动和电制动性能良好。     

高速列车空气阻力的研究

随着列车运行的提高，列车受到的阻力不断增大，其中空气阻力占的比例越来越大。文中介绍了国外测定列车空气阻力的方法及减少空气阻力的措施。     

高速铁路动车组应急惰行通过供电小单元应用研究

通过研究动车组运行过程中的基本阻力,结合线路坡度等数据,得出动车组惰行速度计算模型。运用Matlab仿真计算,研究高速铁路动车组降弓惰性滑行距离,判断动车组惰行通过故障供电小单元的可行性,为高速铁路接触网故障应急处置、现场决策提供理论依据。     

高速铁路牵引计算与仿真系统研究

高速铁路的牵引计算与仿真对优化高速铁路线路设计、优化列车运行时间等方面具有重要意义。然而由于缺少高速铁路牵引计算规范和动车组数据资料保密未公开等原因,导致对高速铁路牵引计算仿真与系统的研究较少。采用动车组特性曲线CAD矢量化法和程序开发相结合,解决了高速铁路牵引计算力学数据的有效获取。基于多质点模型,建立了动车组牵引力、制动力、列车阻力的计算方法和公式。从牵引、惰行和制动三方面建立了动车组运动模型求解和运行过程计算算法。在此基础上,采用C#2010编程语言和Access数据库,开发了基于多质点模型的动车组牵引计算与仿真系统。实现了动车组数据和线路等数据的一体化管理;采用动车组编组等参数化设置,实现了不同参数下的高速铁路牵引计算与运行过程的完整仿真。     

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。     

高速列车制动计算中值得关注的问题

1998年颁布实施的《列车牵引计算规程》已法定采用单位重力的作用力N/kN作为单位力(列车阻力或牵引力或制动力)的单位,我国高速列车制动计算中单位力的单位必须统一到法定单位上来,并采用由此建立的一系列计算公式;同时指出高速动车组的制动计算绝不能忽视回转质量系数,均牵式(动力分散式)高速列车的回转质量系数大于推挽式(动力集中式);此外,还对制动粘着系数、列车基本阻力等制动计算参数的试验公式实用化问题作了论述。     

论驼峰溜放车辆走行阻力与速度控制

驼峰溜放车辆的走行阻力包括车辆本身的阻力、线路阻力、空气阻力,以及调速设备的残余阻力等,它们在溜放车辆的走行过程中,参与了调速设备对车辆的速度控制,而且它们对速度的“控制”是人们无法干预的,是复杂而多变的,故对车辆的正常调速起到了干扰作用,使调车作业的效果受到一定影响.文中重点阐述了车辆走行阻力的基本情况,同时对车辆溜行速度控制产生偏差进行了分析.     

基于一维流动模型的高速列车隧道交会空气阻力数值模拟研究

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,考虑列车交会诱发的空气压力和流速变化,提出高速列车隧道交会空气阻力的计算方法。研究中国标准动车组CR400AF隧道交会列车空气阻力变化规律,分析列车交会位置、隧道长度、阻塞比、列车运行速度和列车长度对列车空气阻力的影响。结果表明:在研究隧道内列车空气阻力和列车周围气流流动时必须考虑压缩波和膨胀波的传播方向,交会位置对平均列车空气阻力的影响较小;在隧道中央等速交会时,列车空气阻力随隧道长度、阻塞比和车速增大而增大,且这3者的影响程度依次增大;平均列车空气阻力与车速的2次方近似成正比,与阻塞比的0.67～0.75次方成正比,与隧道长度的0.01次方成正比;时速300～400km等级16辆编组高速列车的平均列车空气阻力约为8辆编组的1.65～1.70倍。     

高速动车组降阻与减重应用研发

从减小列车运行阻力的目的出发,研究高速动车组气动设计以及轻量化设计的关键技术,通过对影响列车运行阻力的主要因素进行系统分析及优化,提出了高速动车组降噪减重的控制策略及具体措施。线路试验表明,相关措施有效降低了高速动车组的运行阻力,实现了速度提升、节能环保的目标,同时也提升了列车的动力学性能及综合舒适度。     

高速列车空气阻力试验研究

高速列车运行阻力中空气阻力占主要成分，列车运行时还会产生许多空气动力现象，根据空气动力学性能，设计列车的外型和整体结构，是建设高速铁路前必须解决的问题。本文对高速列车空气阻力进行了试验研究和分析。