城市轨道交通节能线路设计研究

在城市轨道交通中,能耗主要包括牵引能耗和动力能耗两部分,影响牵引能耗的因素主要包括车型、车辆启动和制动方式、车辆最高速度、线路条件、季节因素等.通过数据调查和牵引计算模拟,分析站间距、敷设方式、平曲线半径、节能坡的坡度与坡长、节能坡与站台端部的距离、节能坡组合方式等因素对列车牵引能耗的影响,提出节能线路设计的一般原则,并对节能坡的节能效果进行分析.     

城市轨道交通市域快线节能坡参数研究

研究目的:随着地铁对节能要求和运营服务水平的提高,列车牵引能耗占总系统能耗的1/2,地铁线路纵断面坡度设计对列车牵引能耗影响尤为明显。本文通过研究各种最高速度(100 km/h、120 km/h、140 km/h)下市域快线节能坡的坡长与坡度,并分析V型坡与W型坡以及单面坡与多段坡运行能耗,最终得出经济适用的节能坡设置参数。研究结论:(1)节能坡设置长度:100 km/h为460 m,120 km/h为580 m,140 km/h为660 m;(2)长大区间下,结合适宜的站间距,W型坡较V型坡能耗更低,且随着缓坡坡度的增加,节能趋势更加显著;(3)两车站平均坡度大于10‰时,采用多段坡比采用单面坡能耗更低,且采用缓坡+陡坡的方案节能效率更加明显;(4)两车站平均坡度10‰～20‰时,随着单面坡平均坡度值的增加,多段坡节能效率逐渐降低;(5)本研究成果可为长大区间下市域快线线路纵断面设计提供参考。     

高速列车在不同运行工况下速度变化与坡度和坡长的关系研究

高速列车在上下坡时,如果速度变化过于剧烈,则会影响平均行车速度,同时会因频繁的加速和减速而造成运营费用的增加.列车的速度变化又与列车运行工况以及坡度和坡长有关.因此,分别在不同坡度上,对高速列车在不同运行工况下,速度变化与坡度和坡长的关系进行研究,对于高速铁路坡度和坡长的选取有着重要的意义.以CRH2-300和CRH3型电动车组为例,通过分析两种电动车组的牵引和制动性能,分别对两种电动车组在不同的坡度上,牵引、惰行、制动等不同的运行工况下,速度随坡长的变化情况进行了计算,从而为在综合考虑工程量和运营费用时,不同的地形条件下,高速铁路坡度和坡长的选取提供依据.     

巡航模式下地铁纵断面节能坡优化研究

地铁列车运行常采用巡航模式来保证运营的安全、舒适和准点,而人工纵断面线形设计较难契合列车的巡航状态、不适应设计条件的多变,无法做到有效节能。以变坡点里程和高程为变量,以列车双向运行牵引能耗为目标建立纵断面线形节能优化模型,采用差分进化算法进行模型求解。优化策略包括初始方案搜索和整正两个阶段,初始方案搜索阶段依据区间长度假定适当多的变坡点进行优化,方案整正阶段将删除初始方案上坡度代数差极小的变坡点得到优化方案。优化结果表明：巡航模式下,节能坡坡度值越大,中间坡度越缓,列车双向能耗越小。灵敏性分析表明：惰行距离较长时,宜设置较长的节能坡;车站高差增大时,宜缩小低位车站节能坡的长度和坡度值,增长高位车站节能坡的长度。     

地铁线路区间纵断面节能设计优化模型

线路纵断面形式是影响地铁列车牵引能耗的重要因素之一。在给定线路平面设计方案和车站位置的前提下,考虑地铁设计规范要求和线路地理条件限制等现实约束,构建以上、下行列车总牵引能耗最小为目标的区间纵断面设计优化模型,并采用遗传算法求解区间坡度和坡长的最优组合序列。案例分析表明,与实际设计方案相比,采用本文模型得到的纵断面设计方案可节约5%左右的列车牵引能耗;当区间衔接的两车站高程相差较大时,采用先缓上坡后陡上坡(反方向先陡下坡后缓下坡)的单向坡设计形式较为节能;当车站高程相近时,采用先下坡后上坡的V型纵断面设计形式有利于牵引节能。     

高速铁路出站节能坡设计方法研究

节能坡设计是高速铁路节省牵引能耗和降低运营成本的有效途径之一。根据高速铁路特点,提出高速铁路出站节能坡的设计方法和计算算法。采用计算机仿真计算和数据分析方法,对最高运行目标速度、列车编组质量等主要影响因素进行计算和仿真分析,确定各因素对出站节能坡设计的影响程度和节能坡取值范围,为高速铁路出站节能坡的设计提供参考和依据。     

高速铁路进站节能坡设计方法研究

在线路纵断面的设计中引入节能坡设计理念,对优化线路纵断面设计、降低牵引能耗值和节省运营支出具有重要意义。根据高速铁路的特点,提出高速铁路进站节能坡的设计方法和计算算法,给出计算流程,确定各影响参数的约束条件。开发进站节能坡设计程序模块,实现多参数化的进站节能坡设计。在此基础上,采用计算机仿真分析方法,对车站坡段坡度、车站中心至节能坡变坡点距离、动车组编组质量、进站制动力使用系数、节能坡进入初始速度5个主要影响因素进行计算和仿真分析,确定各因素对进站节能坡的影响程度,为进站节能坡的设计提供参考和依据。     

市域轨道快慢车组合运营线路节能坡方案优化探讨

针对快慢车组合的市域快线节能坡优化开展研究。首先提出市域轨道节能坡优化的总体框架,开展列车节能运行操纵策略实验和标准三站两区间的节能坡数值实验,得到设计规律。在此基础上,结合广州地铁18号线实际工程数据,对全线节能坡方案进行优化探讨。结果表明,快慢车组合运营线路的节能坡设计主要受快慢车比例和快车跨站限速影响,当快车比例较大、跨站限速高时采用小站缓坡更加节能。方案理论上节能效果显著,证明了方法的有效性。     

快慢车组合运行条件下市域快线节能坡优化模型与算法研究

基于既有研究大多局限于站站停列车运行条件下的地铁节能坡优化,为解决快慢车组合运行条件下市域快线节能坡优化问题,在对列车受力分析的基础上,提出快慢车组合运行下列车运行能耗表达函数,并构建以运行能耗最小和列车运行时间偏离最小为目标的节能坡优化模型,并基于改进的遗传算法设计快速求解算法。通过广州市域快线18号线验证,研究结果表明:本文所提模型与算法能够有效求解节能坡设计方案,相对于原始方案,优化方案在保持运行时间小幅变动的前提下,使列车牵引能耗降低了15.2%～25.2%。并发现快慢车的不同比例对节能坡设计方案和节能效果有影响,慢车比例越大,方案的节能效果越显著。     

高速铁路长大下坡地段列车运行速度相关问题研究

针对采用CTCS-2级列控系统的高速列车在已建成高速铁路长大下坡地段限速运行的问题,通过理论计算分析列车在长大下坡道上运行时坡度、列车运行速度、监控制动距离、闭塞分区长度以及列车追踪间隔时间之间的相互关系;结果表明这5个参数之间存在十分紧密的关系:下坡道越大越长、列车运行速度越高,监控制动距离就越长,要求的闭塞分区长度也越长;监控制动距离及闭塞分区越长,列车追踪间隔时间也越长;因此按照目前CTCS-2级列控系统的控车条件,在已建成高速铁路长大下坡地段要同时实现设计的列车运行速度和追踪间隔时间是困难的。进一步对CTCS-2级列控系统的参数配置进行分析,确定列控系统的线路坡度取整及计算的监控制动距离冗余过大也是导致高速列车在长大下坡地段限速和难以实现设计追踪间隔时间的重要影响因素。建议规范列控车载设备制动参数的取值及监控制动距离的计算方法,科学合理地制定列控系统的线路坡度偏安全侧取整及归档的标准。     

基于离散微区间工况选择的列车节能运行优化方法

列车节能运行优化可降低列车的运行能耗，从而降低轨道交通运营成本，但对于坡度、坡长、限速等条件多变的线路，既有节能优化方法难以给出合理的工况组合方案，因此提出基于离散微区间工况选择的列车节能运行优化方法。首先，将列车运行区间离散为等距的微区间，建立节能运行优化模型；其次，通过考虑相邻2个迭代最优解之间差异的启发效应，对蚁群系统算法（ACS算法）进行改进，提出改进的蚁群系统算法（ACSd算法）；然后，采用ACSd算法在微区间中直接选择运行工况；最后，将节能和准时的要求同时纳入目标函数和算法的启发因子，并提出调节信息素浓度的时间补偿机制处理时间误差。以北京亦庄地铁线某个多坡段区间为例，将所提方法与既有能量分配法的优化结果进行对比，并对分别采用ACSd算法和ACS算法选择运行工况所获得的优化结果进行对比。结果表明：基于微区间工况选择的优化方法较能量分配方法降低能耗29.1%；采用ACSd算法进行列车节能运行优化较ACS算法降低能耗9.9%。     

地铁节能线路纵断面设计研究

介绍地铁节能线路纵断面的设计方法,通过大量的列车牵引计算图,分析一些典型线路纵断面的运行效果,认为在车站两端设置-22‰～-26‰的加速坡道,可以降低列车牵引电能消耗约20%～25%。说明加速坡的合理长度与列车运行的目标速度有关,认为在最高运行速度80km/h的线路上采用250m长的加速坡比较合适。     

铁路纵断面最小坡段度

本文在“铁路线路相邻坡段坡度代数差值及列车纵向力的研究”基础上，采用列车纵向非稳态运动模型，通过数字仿真，计算列车以不同工况在不同线路纵断面上运动时产生的纵向力。研究纵断面连接中的最小坡段长度对列车纵向力的影响规律，据此对《铁路线路设计规范》中相关规定提出了修改建议。     

驼峰调车场连挂区纵断面优化设计研究

驼峰连挂区的设计合理与否直接关系到车辆是否超速连挂以及产生天窗的数量,对驼峰作业的效率、能力和安全影响很大。鉴于目前对连挂区的设计仍存在问题,以难行车溜行距离尽可能远、减速顶数量尽可能少以及连挂区计算高度与理想高度的差值最小为目标函数,建立连挂区设计为三坡段的多目标优化模型。依据模型具有离散组合优化的特点,先确定坡度的组合方案集合,而后采用分析比选方法来寻求问题的最优解。通过计算分析,得出各坡段合理的坡度组合方案以及与坡段长度的最佳比例匹配关系。在既有驼峰设计规范的基础上,为进一步优化驼峰系统的设计提供理论依据。     

广州地铁3号线北延段工程线路节能坡设计

结合轨道交通节能坡设计原理及设计所需考虑的工程地质、实施条件等因素,对广州地铁3号线北延段工程地下长区间隧道及相邻站址高程差异大的区间隧道纵断面节能坡设计进行分析,认为该工程长区间隧道采用"W"字形节能坡,相邻站址高程差异大的区间隧道采用单面坡设计是合理的。     

客运专线变坡点对普速客车运行安全性的影响

应用多体动力学软件UM建立了20辆编组的25T型普速客车三维耦合列车系统动力学仿真模型,考虑了车钩缓冲装置及车端摩擦阻尼,通过线路试验数据对仿真模型进行验证。应用铁科院自主研制的列车纵向动力学仿真软件建立25T型普速客车的纵向动力学仿真模型。通过列车纵向动力学仿真模型和三维耦合列车系统动力学仿真模型的联合求解计算,分析列车通过客运专线相邻坡段坡度差较大的变坡点时车钩力、车辆动力学响应的变化。研究结果表明:凸形变坡的纵向拉钩力大,凹形变坡的纵向压钩力大。对于凹形变坡线路,下坡制动产生较大的纵向压钩力对车辆动力学响应影响较大。对于坡度差30‰的凹形变坡线路,列车以160 km/h通过变坡点时的动力学性能指标明显增大,乘坐舒适性较差;当运行速度减小到120 km/h时,车辆的脱轨系数、轮重减载率、车体横向振动加速度和垂向振动加速度均减小约25%。     

列车当量坡度在站场设计中应用的探讨

在阐述列车当量坡度的概念及计算方法的基础上,将列车当量坡度应用于罕台川北站装车环线坡度设计合理性的检算,其检算结果与试验及运营验证结论一致。基于罕台川北站装车环线运营结果,提出在地形较为困难的地区,为减少工程,装车环线可以采用较大的坡度,设计时采用坡度的合理性,可以用当量坡度检算。     

地铁B型车爬坡能力及提高地下正线坡度可行性探讨

通过仿真计算和列车运行模拟等方法,探讨地铁正线采用50‰坡度的机理和可能性,以及与此相关的技术问题。从理论和实践两方面,对地铁B型车的爬坡能力、列车故障时的启动坡度、空车救援损失全部动力超员列车的最大启动坡度等进行研究,证明B型列车通过50‰坡道对运行速度影响不大。因此提出几点建议:一是调整现行的《地铁设计规范》,允许山城快速轨道交通地下线的坡度突破35‰,以利减少车站埋深;二是调整空车救援故障列车理念,提高故障列车救援时的启动坡度;三是注意盲目扩大列车动力的倾向,增强节能意识;四是国家应对快速轨道交通车辆进行规范化管理和研发。     

客货共线铁路隧道内最大坡度设计浅析

研究目的:根据现有铁路设计规范对隧道内纵断面坡度设计的相关规定,指出现有设计中存在的问题,通过分析列车隧道附加阻力影响因素及分析机车性能、列车阻力、列车牵引质量与线路坡度的关系,提出客货共线电气化铁路隧道内纵断面坡度设计方法的建议.研究结论:<列车牵引计算规程> (TB 1407-82) 中解释的隧道空气附加阻力公式可在客货共线铁路中参考采用,但其简化公式已失去采用意义.仅按<铁路线路设计规范>(GB 50090-2006)中3.2.5第2条设计隧道内的最大坡度已不能完全适应目前铁路建设的要求,特别是在地形地质困难线路中,应统筹考虑机车性能、列车运行速度、隧道空气附加阻力等因素的影响,充分发挥移动设备的潜能;并采用计算机模拟的手段,将隧道空气附加阻力公式纳入计算过程及利用动能确定隧道内的最大坡度.     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律.结果表明:正常情况下,4万～12万t超长重载组合列车编组长度对平...