高速轨道列车

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高速轨道列车（精选八篇）

高速轨道列车篇1

21 世纪世界高速动车组技术发展迅猛, 其核心是列车的高速化, 在人们一味的追求速度的同时却带来了一连串的负面反应。列车的高速化增加了能源消耗的需求量, 带来了资源环境的破坏和环境污染的加剧。为了人与环境的和谐相处, 就必须增强人们对自然生态规律的认识, 对传统的设计理论和方法进行改革和创新, 因此提出了高速轨道列车生态设计概念。生态设计就是推进自然资源循环利用、减小产品对环境的潜在威胁, 指导人们开发环保产品的设计技术［1］。

1 新型高速轨道列车生态设计概念

生态设计是一种资源循环利用的技术, 在与自然环境和谐共处的前提下, 利用资源和环境容量实现生产活动的生态转变, 通过提高产品零部件的可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等一系列设计标准, 延长产品的使用周期, 提高零部件及材料的重复使用率, 在产品完成其使用功能后, 经过回收处理, 又重新变为可以利用的资源, 参与生产的再循环, 从而提高资源利用率。

新型高速列车产品生态设计就是利用生态学的思想和理论, 在产品开发阶段综合考虑列车产品在全寿命周期内对生态环境的影响, 设计出环境友好、满足人们需求的新型高速列车产品。

2 新型高速轨道列车生态设计理念

传统的列车设计理论把产品的报废回收利用排斥在外, 报废产品在回收时造成的环境污染采用“事后处理”的方式进行弥补。这种先污染再治理的方式, 治理成本高、难度大, 是一种被动的环境保护。列车产品生态设计方法是应用生态系统理论, 把环境保护工作从产品末端移到开发设计阶段, 从源头开始考虑列车产品在全寿命周期内对自然的潜在影响。即在列车产品设计时就充分考虑产品制造、销售、使用、维护、报废后的回收利用、最终废弃物处理等环节可能对环境造成的影响, 对产品的耐用性、再使用性、再制造性、再循环性以及最终废弃物处理等问题进行系统分析和综合评价, 从而缓解列车产品对自然资源和环境的压力。

列车生态设计的主要任务是: 1) 产生更少的污染或无污染, 2) 能源消耗更少或使用再生能源, 3) 产品系统对人类社会和自然环境更加友好。作为新型高速列车生态设计主要是从列车的设计制造、运行、维护等方面进行设计。从生态设计思维考虑, 新型高速列车设计时从列车的全寿命周期的各个方面出发, 做到列车产品与自然环境的和谐发展, 如图1 所示。

新型高速列车生态设计的造型可以描述为: 列车的编组具有自主性, 可以随意的组合编组长度; 更加轻量化和更高空间利用率的车型结构; 使用新的轻量化外观材料和环保材料; 改变动力系统空间布置和内饰空间布置; 更新驾驶界面和内饰功能布置等。

在轨道交通产品的生态设计中, 主要以环境为重点, 形成环境友好型设计产品系列, 形成能源、效率、经济和生态的平衡发展关系。因此新型轨道交通产品的生态设计思想主要表现如表1 所示。

3 新型高速轨道列车生态设计规范

如今社会, 能源消耗比较庞大, 新型轨道交通产品就必须从材料能源和可持续发展的角度出发, 实现能源的可循环使用、环境友好。因此新型轨道交通的生态设计是以环境方面和产品全寿命周期进行设计考虑。在产品的全寿命周期, 实现能量的循环使用, 减小环境污染、噪声污染, 减少能量资源的消耗, 实现材料环保和可回收性等。

3. 1 生态设计规范———模块设计

模块化设计就是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上, 划分并设计出一系列功能模块, 通过模块的选择和组合可以构成不同的产品, 以满足市场的不同需求。利用模块化设计可以很好地解决产品品种、规格与设计制造周期和生产成本之间的矛盾。模块化设计提高了产品品质, 方便维修, 有利于产品废弃后的拆卸回收［2］。

现在国内外轨道交通车辆均采用模块化生产, 大量采用铝合金或不锈钢作为轻量轨道交通车辆制造材料。基于车辆模块生产的概念, 根据编组车辆的数量, 每列动车组的长度可以改变, 根据其设备和预定服务的不同, 每辆车的定员可以变化的。生态设计模块化概念分为两类: 可变模块和不变模块, 可以通过组合尽可能多的不变模块来形成独立的动车组。

a) 零部件的模块设计

其原则就是要减少零件的数量, 同时要满足更高的专业化要求和更大规模化的生产制造。模块化的设计能使备件的管理简单化, 而且修理和维护的时间降至最低。

b) 功能区域的模块设计

列车的生态设计也可以根据不同的功能, 将整列车分为带动力的头车、不带动力的头车、带动力的中间车、不带动力的中间车。每节车辆可以根据不同的功能分为不同的部分, 可以选择或者结合不同的选项组成不同类型的车种, 例如不同保护系统的列车, 不同定员的一等车和二等车类型, 是否包含带有快餐饮料区及其他选择或特别配置的功能区域等。

根据功能可以简单分为司机室区和客室区, 司机室区可以根据列车车头外形的不同和配置的不同提供多种方案; 客室区又可以根据不同的功能进行区分, 除了一些特定的区域不做改变外, 如端墙部区等, 另外的区域可以进行个性化、分区域设计。为了满足客户的需求, 减小设计周期, 就可以随意的组合方案, 形成特色的设计理念, 满足不同的客户需求。这样特色分区组合的概念可以满足不同客户的需求, 而且每一系列的车都不一样, 给旅客带来了一种特别的旅途感觉, 符合现代人对列车的要求。

c) 编组的模块设计

根据生态设计理念, 列车的编组情况是可以选择的, 根据用户的需求和实际的运行, 运行商可以自由组合列车的编组情况。每一个系列的车具有相同的互换性和相同的接口性能, 根据运行商的运营情况自行组合。根据现代动车设计理念: 动车分为动力分散式和动力相对集中式。为了满足不同环境和线路速度要求, 提出了动力混合动车概念和电力机车、内燃机车混合编组等概念, 可以进行不同动力的组合和动力单元的分配; 可以根据客流量大小以及路程行程距离组合不同定员、车门数量、动力单元的列车编组形式。而且电力机车和内燃机的混合编组是通过电动和内燃机车的经典推拉式运行, 实现特殊地区的铁路运输情况。基于生态设计的车辆可以自由组合, 用于区域和远途运输的最多样的运行应用。不同车辆产品也可以组合。

3. 2 生态设计规范———优化设计

a) 空气动力学性能优化

随着列车速度的提高, 空气动力学效应在高速列车上尤为明显。空气动力效应 ( 压力波、空气阻力、列车风、微气压波等) 对列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性及隧道周围环境均有不良影响［3］。通过对列车拖拽和侧风稳定性等进行优化设计, 可以提高列车的运行安全性。

在高速列车运行过程中, 空气阻力占车体阻力的80% 以上, 因此在设计过程中更应该注意空气压力脉冲。从结构疲劳极限来看, 车体能够承受运行期间压力脉冲引起的运营服务内一次使用寿命的空气动力载荷总和。由于列车在隧道中运行导致气压变化, 因此高速列车需要高气密性确保旅客的舒适性。通过采用焊接铝材车体结构以及组成压力密闭车体的系统要求和解决方案的精细选择, 确保了气密性, 如进气口和排气口, 门, 窗户, 厕所和通过台。

b) 舒适自适应系统

列车车厢是一个公共区域, 而且是一个相对封闭的区域, 在人多嘈杂的环境中如何提供大家一个舒适的环境, 是现代列车人性化考虑的出发点。例如, 夏季, 上下班高峰期地铁的人群密度比平时超出几倍之多, 为了营造一个凉爽的环境就可能加大空调的工作效率。但是这样就会出现一个问题: 空调功率恒定时, 在不同的运营区间, 客流量的不同, 就会给乘客带来忽冷忽热的感觉。

如何解决这样的问题, 生态设计提出舒适自适应系统, 满足人体热舒适。人体热舒适在ASHRAE标准中的定义为人对热环境表示满意的意识状态［4］。通过研究人体对热环境的主观热反应, 得到人体热舒适的环境参数组合的最佳范围和允许范围以及实现这一条件的控制、调节方法。在生态设计中, 舒适自适应系统既可以满足人的舒适度要求, 又可以满足节能要求。

在列车的生态设计中, 舒适自适应系统是通过传感信息、自然通风以及室内动态等温空气等措施, 在满足人体热感觉和一定程度的热舒适基本要求的同时, 又可以实现节能降耗的目标。易变的新风速率系统使用传感器信息确定旅客占有量并据此调整新风速率; 热交换机系统通过使用废排空气中的80% 的能量对新风进行预热或预冷。以及对流加热通过地板和侧墙进行热分配确保适宜的内部气候。

c) 能量自我管理系统

在生态设计中, 能量自我管理系统是整车的能量管理核心, 既可以有效地为列车提供能量, 又可以减小不必要的能量损失。能量管理系统集保护、控制、测量、信号采集、故障录波、谐波分析、电能质量管理、负荷控制和运行管理为一体, 实现了列车系统高、低压电气设备分散监控、集中管理功能, 全面提高列车现代化管理水平［5］。

能量自我管理系统主要功能模块包括:

1) 能量消耗管理: 能量消耗管理包括能量监视、分析以及控制能量使用, 从而列车能量的整体使用成本, 同时将能量数据转化, 用于掌握和分析各个部分的能量使用情况。

2) 关键能耗负载分布和能耗负载特性分析: 测定和记录来自各个能量消耗模块在每个需用时限的能源使用数据, 用户可以根据实际确定负载系数、最高要求负荷周期, 以及与之相关的设备的能耗。

3) 电能品质控制与报警: 通过测定系统和站点的电能品质, 发现潜在电能品质危害, 捕捉系统的越限情况和能源消耗异常, 发出报警信息。

4) 节能措施及优化: 通过能源数据的收集和设备状态的分析, 发觉节能空间领域和对各项节能措施和实际效果进行优化, 如再生制动能量利用、谐波治理、照明控制、通风、空调制冷等, 提高系统或设备的使用效率。

3. 3 生态设计规范———环境设计

a) 生态材料设计

生态材料又称环境协调材料或绿色材料, 是指具有良好功能或使用性, 在制备、使用、废弃直至再生循环的整个过程, 都与环境协调共存的一大类材料。其主要特点是:1) 资源和能源消耗少; 2) 对生态环境污染少; 3) 有利于人类健康; 4) 再生利用率高或可降解循环利用。生态材料的主要概念包括材料本身的生态性 ( 即生产能耗低的优质材料) ; 生产过程的生态性 ( 即低噪声、无污染、高安全环保型) ; 材料使用的生态性 ( 即节省的、可回收的) 以及符合现代工学的要求等。

在新型列车生态设计的生态材料选用中应注意:

1) 选择有利于保护资源的材料, 如可再生材料、可循环使用材料、可回收材料等, 使用这些材料不但可以做到回收, 并且能够收集和再生产, 或者使用废弃的产品, 并将其作为再生产过程中的原材料等; 减小对环境的破坏和污染, 从而保护环境。

2) 选择对环境影响小的材料, 及在生态设计中尽可能选用安全材料。这包括要求材料本身无害, 使用过程中不能释放有毒和有害物质; 在生产过程中不污染环境、破坏环境的材料; 以及低能耗、不会对人造成损害的材料。

3) 考虑材料在整个生命周期 ( 生命周期包括加工生产过程、使用过程、废弃过程、回收过程) 中对环境产生的综合影响。

例如列车生态设计中, 根据UIC规定的环保方面和生命周期为评估基础确定车辆内装材料, 避免材料的残余毒性对乘客和环境造成影响。在选购中采用不燃或低燃的材料, 或者某些无卤低烟难燃或无卤低烟阻燃材料, 避免材料在使用或者发生火灾过程中释放有害气体。在列车生态设计过程中采用可以回收的材料, 可以避免材料对环境的污染。列车零部件按照生态设计原则做好标记以便在后期使用阶段更好辨认、分类和回收处理。

b) 低噪声污染设计

随着列车速度的提高, 铁路沿线的振动和噪声污染日益加剧, 这样不但影响乘客的身心健康, 而且还降低了铁路沿线居民的工作和生活质量。高速列车噪声由牵引噪声、轮轨噪声、空气动力学噪声、集电系统噪声和高架桥噪声等组成［6］。

高速列车产生的噪声, 主要与列车的结构、速度、质量、行车密度, 线路状况、线路两旁的建筑物和绿化状况, 以及隧道的几何尺寸和材料、司机驾驶技术等有关。控制高速列车给环境带来的污染, 就必须从声源上降低噪声、传播途径上隔断及吸收噪声、对噪声接收的对象进行必要的保护。从列车生态设计结构方面提出防治噪声污染的措施:

1) 优化轮设计, 制动盘增大噪声阻尼, 提供光滑的转动表面;

2) 避免车体与转向架等零部件, 以及车辆与轨道的共振;

3) 采用流线型车头形状和车体断面, 改进受电弓结构, 以控制空气动力噪声;

4) 设计车辆端部防冲撞和减振装置, 控制车辆端部的振动与噪声;

5) 采用可变阻尼减振器控制尾车的振动;

6) 降低噪声源的噪声辐射, 采用吸声材料和吸声结构;

7) 加强车体的气密性, 减少噪声的透射;

8) 控制车辆设备等大部件的振动和噪声指标;

9) 实现无声运行;

10) 实现噪声系统的控制管理。

除了在车辆上采取减噪措施避免车辆各部件之间的共振、车体上采取隔声和吸声结构等优化高速列车的声学设计措施以外; 在车流管理方面要完善铁路网、加强运行和物流管理; 在线路建设方面改善线路质量、投入必要的环保设施; 还需要在沿线建设防噪工程, 减小沿线居民的噪声污染。

c) 低能低耗设计

高速列车作为一种快速的交通工具, 是一个庞大的能量消耗体系。列车的能源消耗涉及诸多因素, 包括列车的牵引制动性能、列车质量、线路条件以及列车的操纵方式等, 通过对相关条件改变, 可以实现列车节能的目的。在高速列车设计方面, 为了达到较高的速度就必须要加大元器件功率, 元器件功率增大必然引起能量消耗的增大, 如何节能减耗是个难题。在生态设计中为了能够实现节能减耗尽量使用新方法新工艺:

1) 降低能耗: 蓄电池或者超级电容器蓄能提供节约宝贵的电能的可能, 否则电能将通过制动以热能损耗。

2) 改进列车性能: 最新工艺的动力模块 ( IGBT) 的发展提供同动力等级轻量化列车的可能, 降低轨道车辆与基础设施的生命周期成本。

3) 节能运行控制方式: 模拟、预测和优化整个系统的所有能量流, 能够在多样化的线路上优化整列车的驱动性能, 生成列车时刻表按需进行供电和系统分配。

4) 再生制动节能方式: 在不降低行车间隔的情况下, 通过列车制动系统所提供的再生制动的节能方式来提高再生能利用率。

5) 混合动力方案: 油电混合动力、液化天然气或压缩天然气燃料动力机车、燃料电池系统动力、生物气体动力。

6) 新光源: LED光源使白炽灯与主光源更换成本降低了10 倍。

4 总结

列车的生态设计解决了人与自然的和谐关系, 从列车的设计理念到列车的回收利用, 展现生态设计概念、生态环保材料的应用等。生态设计更加适应环境、更加舒适安全、更加经济、更加和谐, 推动高速列车的进一步发展。

参考文献

[1]刘彬霞.汽车产品的技术研究[J].江苏大学, 2009.

[2]唐涛, 刘志峰, 刘光复, 等.绿色模块化设计研究[M].北京:机械工业报2003.

[3]李刚, 梅元贵.国外高速列车进出隧道空气动力学模型研究方法[J].隧道建设, 2007.

[4]罗明智, 李百战, 郑洁.人体热适应性和热舒适[J].制冷与空调, 2005.

[5]周铁军.地铁电能量管理系统[J].技术交流.

高速轨道列车篇2

关键词：城市轨道交通;列车牵引与操纵;教学方法;教学手段

近几年，城市轨道交通行业发展迅猛，为相关人才提供了广阔的就业前景。我校作为工科类国家中等职业技术学校，主要培养城市轨道交通方面的高技能应用型人才。城市轨道交通列车驾驶员作为高技能应用型人才，其主要工作在城市轨道交通运营生产第一线，驾驶人员理论知识和操作技能与安全、正点、优质、高效地完成旅客运输任务关系极大，因此，城市轨道交通列车牵引与操纵既是城市轨道交通列车驾驶专业的核心课程，也是列车驾驶技能的理论基础，基于本课程的重要性，本人在教学方法和教学手段上进行以下简单探索。

一、现代化多媒体教学

纵观目前教学，普遍存在教学手段单一、教学方式单调枯燥等问题，课堂上除了少量的挂图和简单的教具外，教师仅靠一张嘴、一支粉笔、一本书进行教学授课，这显然难以胜任目前学校教育培养高技能应用型人才的培养目标要求。为此，我们应改变传统教学观念，正确认识现代化教学手段，充分利用多媒体，改变传统教学的局限与不足，将课程内容经过计算机软件加工整理，用文字、表格、图像、声音和动画Flash等形式通过多媒体设备实现知识信息的再现，使课程内容生动、形象，吸引学生，激发学生的学习热情。例如，我在教授出乘准备与出勤这一章节的时候，讲授课本内容之前先通过多媒体给学生播放某地铁公司的出勤流程录像，学生看得津津有味，通过观看录像学生对出勤工作有了一个大概的概念和印象，这样再回到教授书本内容时，学生就不会迷茫，很快就可以将书本上的出勤工作步骤与刚才的录像联系起来，这样学起来既轻松有趣又加深了记忆。

二、案例教学

案例教学法，即在教学中教师根据教学目标和内容的需要，运用社会或身边发生的现实事例，让学生设身处地地去思考、分析、讨论，激发学生的学习兴趣，培养学生分析解决问题的能力，是国外现代教学中常用的启发式教学模式。

案例教学操作流程：以例激趣—以例说理—以例导行。

采用此种方法教学时，教师应结合教学内容选取生活中典型、有针对性的案例进行教学。例如，本课程中有一章节内容主要是驾驶员个性和心理对城市轨道交通驾驶工作的影响，以及如何合理调适自己的情绪以达到良好的驾驶状态。我让大家互相讨论自己有过哪些不良情绪，对当时的工作产生了哪些不良的影响，你是采用什么方法使自己的不良情绪平复并最终完成任务的。课堂一下子就热闹了起来，大家积极参与讨论，踊跃发言，许多同学纷纷提到自己在考试和面试的时候存在紧张、焦虑等情绪，导致自己脑子一片空白或说话结巴，最后采用深呼吸、自我暗示和反复模拟演练等方法克服了不良情绪。在讨论和发言中大家知道了情绪对工作的重要性，平时要学会改善自己的心理状态，要全身心投入，不能带入不良或负面情绪，力求高质量完成工作任务。对于城市轨道交通列车司机而言，肩负着一车人的生命安全，明白这一点显得尤为重要。

三、实操实训教学

传统的城市轨道交通列车驾驶专业教学模式是理论教学与实操实训教学分别进行，前者注重理论知识讲解，后者注重实际操作教学，二者严重脱节，不但给学生的学习造成很大负担，也造成了重复教学和资源浪费，更影响了教学质量的提高，是学校教学和企业用工共同面临的重点和难点问题。为此，我充分利用学校的模拟驾驶实训室和车辆仿真实训室进行教学。仿真实训室利用3D技术和动画技术在学生面前展现一组完整的列车，学生可以用鼠标控制虚拟人物到达车辆的任何部位或使用车辆上的按键开关等器件，对车辆结构和车辆部件有一个立体的认识。模拟实训室可以模拟列车正常运营和故障救援等工作，通过实践操作让学生了解列车出库、运行、折返、回库和救援等工作流程，使学生熟悉自己今后的岗位工作以及与其他相关人员的配合，达到书本内容和工作岗位结合教学的目的。

四、现场教学

尽管在教学中教师采取多媒体、3D模拟实训器和车辆模型等辅助教学手段，但毕竟都不是实物又无法拆卸，与现场实际还是有些差距，所以适当安排一定量的现场教学非常必要。利用我校与武汉地铁公司校企合作的契机，带领学生到地铁公司车间现场参观教学，当学生看见车间真实的地铁车辆时，都激动不已，顿时对这个高大的“铁家伙”充满了兴趣，围着工程师不停追问，工程师耐心地解答并向我们演示了一些开关和部件的功能，不知不觉中大家也开始把理论与实践真实结合起来。通过现场教学，学生对以后工作环境、工作性质以及工作内容都有了全面且清楚的认识，学到了许多课本中学不到的内容，解开了许多学习中的迷惑。现场教学使教师教学跳出了课本的束缚，给学生提供了真实的学习对象、自由的学习平台，在城市轨道交通相关专业的教学中发挥了积极作用。

总之，城市轨道交通列车牵引与操纵作为一门与城市轨道交通列车驾驶实际工作密切结合的实用性、综合性课程，其教学工作需要教师在长期的教学中不断地实践和探索。教师应积极主动进行教学改革，坚持多种现代教学方法并用，以兴趣引导的模式去开展《城市轨道交通列车牵引与操纵》课程教学工作，努力为城市轨道交通企业输送更多优秀人才！

参考文献：

[1]宋文学.加强产学合作搞好专业建设[J].西安航空技术高等专科学校学报，2006（3）：3-5.

[2]郭伟强，杜志强.开放式实验教学模式的新探索[J].实验室研究与探索，2003（5）：7-8.

[3]黄克孝.职业和技术教育课程概论[M].上海：华东师范大学出版社，2001.

[4]杨天怡，胡新平，严藏.创新教育与实践教学创新[J].中国高等教育，2005（23）：28-30.

[5]芦建明，罗闯.城市轨道交通列车牵引与操纵[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

轨道列车的混合运行篇3

在下列情况下, CBTC车将变成非CBTC车。

(1) ZC与CBTC车失去通信超过预设时间。

(2) CC发生严重故障。

(3) 驾驶模式切换至非CBTC。

对于正在运行的CBTC车, 如果变成非C BTC车, 将会施加EB。若使列车继续移动, 司机必须将模式开关切换至IATP、RM或NRM模式。

当列车变为非CBTC车后, 司机将按照轨旁信号机的显示行车。

CBTC列车和非CBTC列车的主要不同是列车的移动授权 (MAL) 。当CBTC列车在整个系统控制范围下行驶时, 是按照常用的CBTC MAL来运行的。区域控制器检测到一列车是CBTC列车并在它所管辖的范围内, 为该列车设定MAL, 把MAL传递给列车的车载设备, 并安全地命令联锁系统熄灭列车进路上的信号机。车载ATP负责保障两车之间的安全空间间隔。

如果一列车变成了非CBTC列车, 下述情况将会自动发生。

(1) 非CBTC列车的位置会被MicroLok检测到, 因为MicroLok一直监视该计轴系统的占用, 以便MicroLok能检测到线路上运行的列车。MicroLok跟据与之相关的计轴设备的“占用”情况, 设置“占用”状态。

(2) 非CBTC列车的位置定义为其所在的所有占用计轴区段;所有在非CBTC列车进路上直到前面的CBTC列车的信号机主显示都安全地被点亮。

(3) 非CBTC列车后方跟随的CBTC列车的MAL都是被设在计轴区段边界, 为确保非CBTC不会与其后的CBTC车碰撞, 它们之间须保持一个空闲的区段。

(4) 如果非CBTC前面的一个区间被其它任何一列车占用, 防护该区段的信号机被设置为“红”灯。

ATS根据列车进路、进路保护区段条件和在运行方向上的区间非占用情况来请求“处理”非CBTC前方信号机的显示。非CBTC列车直到进路上前面的区间和下一进路的保护区段空闲 (如果适用) 才可以发车离站。在信号机显示“通过”的情况下非CBTC列车能够一直运行到它进路上的下一架信号机。

当一辆故障CBTC列车在正线运行时, CBTC列车的移动授权。故障CBTC列车 (即非CBTC列车) 。按照后备模式运行。

所有故障列车之前的CBTC列车以正常的CBTC移动授权运行。ATS管理员让故障列车尽快退出运行。

联锁利用信号机, 自动让故障列车运行。后备系统根据计轴区段的占用情况控制信号灯。

对于非CBTC列车来说, 进路保护区段的概念被用在某些位置。

列车变成CBTC列车的筛选过程, 一辆列车变成CBTC列车前 (如:当一辆通信车进入CBTC区域, 或者一辆非CBTC列车从故障中恢复, 在正线变成CBTC列车) , 确认没有非通信车在该列车附近是非常重要的。筛选过程是为了保证当通信车进入正线范围或转换轨区域时, 没有非通信车位于它的邻近位置。

筛选分为两步:当一辆通信列车经过计轴后, 原来的计轴区间变成空闲。如果通信列车的尾部和前一个已经通过的计轴区段之间的距离小于在线最小可能的车辆, 且计轴区段变为空闲, 那么确认没有“隐藏的”非通信车跟随该列车。

第二步过程, 是确定在通信列车前是否有非通信列车。一旦前方的通信列车与下一个计轴区段的距离小于线上列车的最小可能长度, 且通信列车前方的计轴区段保持空闲, 则确定没有“隐藏的”非通信列车处于通信列车前方。

结束语:注意筛选过程需要两个附加因素, 分别是列车定位的不确定性和CC, ZC和MicroLok II联锁系统间的信息延时。

摘要：自从通信技术特别是无线电技术飞速发展以后, 人们就开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统 (CBTC) 。它的特点是用无线通信媒体来实现列车和地面的双向通信, 用以代替轨道电路作为媒体来实现列车运行控制。随着我国轨道交通的飞速发展, 必将出现较长时期的CBTC列车和非CBTC列车的混合运行的局面。

关键词：CBTC,混合运行

参考文献

[1]ATO子系统技术规格书.

[2]ATP子系统技术规格书.

地铁轨道与列车晃动原因分析篇4

经全面的分析后导致列车晃车的主要原因有以下几个方面:1) 特殊曲线地段;2) 道岔薄弱地段;3) 轨道整体刚度变化地段。

1 特殊曲线地段

1) 未设置缓和曲线的曲线段。当大半径曲线未设置缓和曲线时, 列车直接由半径为无穷大的直线进入有一定半径的曲线地段, 加速度由零直接跳到一定的数值, 加速度非线性变化, 无过渡的过程, 会使旅客舒适度降低, 列车出现一定程度的晃车。例:琶洲~新港东 (上行) 该地段为半径为4000m的大半径曲线, 没有设置缓和曲线过渡。

2) 曲线半径设置过小地段。广州地铁五号线为例, 全线共有曲线半径R<400m的曲线24个, 特别是动物园-杨箕上下行区间曲线半径仅有200m, 容易使列车在经过小半径曲线段时因通过方式受到限制导致列车晃车;列车在通过小半径曲线段时为使机车车辆转向架能顺利通过曲线而不被契住以及减小轮轨间的横向水平力和钢轨磨耗, 轨距需要适当加宽, 但由于轨距理论设置和实际的轨距误差使列车在在通过曲线半径时的内接方式不能够按照理论实际通过而导致列车抖动晃车;为避免列车出现斜接方式通过故需要设置正确的轨距加宽值。

3) 圆度偏差的曲线地段。列车在曲线上行驶时, 由于离心力的作用, 车轮轮缘靠紧曲线上股钢轨, 不可避免地造成曲线上股钢轨的侧面磨耗。由于曲线圆度的偏差, 列车在运行过程中不断摆晃, 车轮轮缘与钢轨之间的作用力周期性变化, 造成曲线上股钢轨的周期性不均匀侧磨。只是不均匀侧磨的程度不同。随着行车速度的不断提高, 曲线圆度偏差对车体摆晃的影响成倍增加, 使曲线上股钢轨的不均匀侧磨问题更加突出。调查中发现广州地铁五号线曲线上股钢轨侧磨最大最小值之差接近10mm (动物园-杨箕小半径曲线地段) 。不均匀侧磨问题的发展进一步加剧车体摆晃, 形成恶性循环, 进而影响乘客的舒适度和行车安全。这一问题还直接影响了曲线上股钢轨的使用寿命, 增大了道床的残余变形, 增加了线路维修的工作量。因此, 必须加强对曲线养护维修的管理, 严格控制曲线圆度的偏差值。

4) 夹直线长度设置不足地段。夹直线 (intermediate straight line) 两相邻曲线间的直线段, 列车从前一曲线通过夹直线进入后一曲式线的运行过程中, 因外轨超高和曲线半径不同, 未被平衡的横向加速度频繁变化, 引起车辆左右摇摆, 反向曲线地段更为严重。为了保证行车平稳、旅客舒适, 夹直线长度不宜短于2~3节客车长度。

5) 缓和曲线综合状态不良地段。在检查中发现, 缓和曲线的问题也比较突出。有的曲线在长期运营和养护维修过程中, 缺乏全面整正, 曲线头尾位置产生移动, 缓和曲线中的圆度、超高递变和设计所产生差异造成晃车。缓和曲线作为直线与圆曲线的过渡部分, 通过半径、超高、顺坡率不断的、有规律的变化, 引导列车由直线运动过渡到曲线运动或由曲线运动过渡到直线运动, 是曲线中最容易产生病害的部位。特别是当缓和曲线上存在复合病害时, 车体晃动会明显增大。

2 线路薄弱地段———道岔

道岔本身构造复杂, 强度较低、零件多、受冲击大、磨耗, 造成列车晃车病害, 是线路的薄弱环节之一, 是制约列车行车速度和行驶平稳的重要原因;道岔各部件的状态作用是否良好, 直接影响到道岔的好坏。如连接杆与顶铁尺寸不合, 就造成尖轨侧弯或缝隙过大, 过车时必然使轨距发生变化;又如护轨位置错前错后, 也会造成列车在辙叉上通过时增大机车车辆车轮对护轨的横向拉力, 将辙叉处轨距拉小;以及轨撑与铁座的间隙 (车厂) 、扣件扭力不足等过车时都会影响道岔几何尺寸的变化, 会产生列车的摇晃。

针对以上原因要及时整修好各部位不合格的联结零件和间隔尺寸。间隔铁在道岔转辙部位外口起着阻挡列车通过道岔时产生的横向阻力, 同时也对控制转辙部位的轨距起着不可缺少的作用;其次在改道作业中应保证各部位的间隔尺寸不超限, 特别是查照间隔和护背距离尺寸, 因为查照间隔是为了使车轮轮对, 顺利通过辙叉和护轨轮缘槽, 防止行驶在辙叉上的车轮轮缘进入异股或撞击辙叉口。最后要弯好曲股基本轨, 以确保道岔各部间隔尺寸和轨距的正确, 防止车过道岔时摇晃的产生。道岔高底不良也是造成列车晃车的主要原因, 道岔辙叉部位本身就有6mm三角坑的构造, 如果养护不当, 在车辆过辙叉时就会产生左右晃动, 尖轨跟端的轨面必须做平, 导曲线决不允许有水平反超高。

3 轨道整体刚度变化地段

3.1 扣件系统刚度导致的轨道整体刚度变化地段

潘得路先锋扣件由于构造零部件较多, 结构复杂, 养护难度较大, 在地铁列车的高密度运行、动态荷载下对该扣件的整体性影响较大, 导致零部件容易松动, 特别是橡胶支撑块和轨距锁紧块以及锁紧弹条和M22铆固螺栓松动。这一系列的问题将会导致整个扣件系统的性能大大降低从而导致该地段的轨距、水平、方向不良, 导致列车经过该区段时与普通扣件系统的轨道整体刚度变化为强———弱———强的变化, 从而导致列车的蛇形运动, 造成列车晃动, 类似的有GJ-Ⅲ扣件地段, 同样对线路的整体刚度造成影响, 影响乘客的的舒适度。

3.2 道床类型变化导致的轨道整体刚度变化地段

由于线路的设计要求, 地铁线路部分线路采用了多种道床类型, 例如在四号线黄村-官洲隧道内采用的是整体道床, 官洲-大学城北区间部分地段使用了浮置板道床, 新造-石基区间隧道出口到高架段部分区间又采用碎石道床, 高架段采用的是板式道床, 当列车经过道床变化的过度地段时由于道床刚度变化, 列车会出现一定的晃车;针对特殊扣件地段、道床过度地段不同原因导致的晃车, 目前主要的整治措施是加强线路几何尺寸的检查, 确保线路设备良好的工作状态。

4 结语

造成列车晃动的原因还有很多方面, 例如线路常规养护及车辆本身的原因等, 都有可能造成列车晃动。城市轨道交通的快速发展在为广大市民出行提供方便的同时也为其带来了困惑, 原因在于列车晃动、噪音等一系列的问题降低了人们的舒适度, 相应的对城市轨道交通的发展提出了更高的要求。

摘要：城市轨道交通的快速发展, 带来了城市居民出行质的发展, 但由此也产生了列车的晃动等一系列难题, 为从根本上了解列车晃动的真正原因, 根据地铁运营过程中沿线居民的反馈以及轨道线路调查发现的问题, 特对地铁列车的晃车现象进行分类分析并提出合理建议。

关键词：道岔,曲线,道床病害,原因分析

参考文献

[1]孙彦明.快速条件下曲线圆度对晃车的影响及维修.铁道运营技术, 2004.

城市轨道交通列车编组方案优化分析篇5

对于城市轨道交通而言,优化通列车编组的主要目的是在满足客运需求、方便运营的基础上,合理分配运能,以节省列车设备。目前,规划建设中的城市轨道交通线路的距离一般都较长,断面客流在空间上分布不均衡,其客流分布状况通常为中间大、两端小,或一端大、一端小。城市轨道交通的列车编组通常以各设计年度预测的区间断面全日客流分布状况为主要依据,结合工程的可实施性、经济性,以及对相关要素(列车运行间隔、服务水平、折返站的通过能力等)的综合分析确定列车的运行区段。

1客流量分布特征

城市轨道交通列车编组设置时必须考虑客流的空间分布特征。城市轨道交通的客流是动态变化的,与城市其他公共交通的客流相似,一般都是由中心区的集散点逐渐向外围延伸。对于区间断面全日客流变化平缓,且不存在客流明显突增区段的轨道交通线路(见图1a)),通常设置全线单一交路,即可满足其运能;而区间断面全日客流存在明显突增区段,且与其他区段相比,具有明显落差的轨道交通线路(见图1b)),通常采取在客流量大的区段加开区段列车的措施,以使运能在整条线路上得到合理的分配。当断面客流不均衡系数大于1.5时,则需要采取措施增大客流量较大断面的运输能力[1]。

$E = \frac{Ν Q_{\max}}{\sum_{i = 1}^{Ν} Q_{i}}$ (1)

其中,N为轨道交通所设区间数量;Qmax为单向全日最大断面客流量(上行或下行);Qi为单向全日各断面客流量(上行或下行),i=1,2,…,N。

2分析原理

聚类分析法首先需确定相似性度量,相似性度量一般可分为两类[2]:一类是以总量是否相近为标准,称为样本(本文中指各断面客流量)间的距离;另一类是以各变量对应的比例是否相近为标准,统称为样本间的相似系数。本文选用样本间的距离来衡量区间断面客流量是否相近。

假定一条轨道线路中有N+1个站点,则共有N个区间断面,第k个区间断面的上行全日客流量为Qk1(k=1,2,…,N),下行全日客流量为Qk2(k=1,2,…,N),则任意两个区间断面客流量的欧氏距离为:

$D_{i j} = [(Q_{i 1} - Q_{j 1})^{2} + (Q_{i 2} - Q_{j 2})^{2}]^{\frac{1}{2}}$ (2)

1)将各断面客流量的相似性度量矩阵列出,矩阵内的元素为全日各区间断面客流量的欧氏距离。

2)在矩阵中找出Dmin(假定p<q),且p,q为相邻两行或两列。

3)将p,q两类合并为一类,记作N+1类,同时把矩阵中p,q两行与两列划去,在N列之后,增加一列,其元素Dm(N+1),m≠p,q,表示(N+1)类与其余各类之间的距离,形成新的矩阵,元素Dm(N+1)的算法[2]:

D $_{m (Ν + 1)}^{2}$ =αpD $_{m p}^{2}$ +αqD $_{m q}^{2}$ +βD $_{p q}^{2}$ +δ|D $_{m p}^{2}$ -D $_{m q}^{2}$ | (4)

4)返回2),并重复2),3)步,共N-1次,聚类分析的计算就完成了,根据需要制定一个值λ(λ1,λ2,λ3…),把距离小于λ的客流量和距离大于λ的客流量分别分为不同的类,据此就可做出客流量的谱系图(见图2)。

5)客流量计算,N个区间断面的客流量可聚为一类,其值为这N+1个站点上、下行全日区间断面客流量的算术平均值,根据计算结果就可做出全日断面客流聚类结果图,见图3。

$\bar{Q}_{i - (i + 1)} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} (Q_{i 1} + Q_{i 2})}{2 n}$ (5)

3客流量分析

假定某条城市轨道交通有7个车站,其6个区间断面客流分布数据资料见表1。

3.1 客流分布特性分析

1)根据全日区间断面客流量表绘制客流分布图(见图4)。

2)根据式(1)计算区间断面客流不均衡系数分别为2.031和1.983,其均大于临界值,需进一步根据聚类分析法分析客流分布图。

3.2 客流分布聚类分析

1)计算各区间客流量平均值以及聚类段交通流各区间客流量平均值按式(5)计算得, $\bar{Q}_{1 - 2} = 68 000 ‚ \bar{Q}_{2 - 3} = 114 000 ‚ \bar{Q}_{3 - 4} = 125 500 ‚ \bar{Q}_{4 - 5} = 79 600 ‚ \bar{Q}_{5 - 6} = 32 916$ 。

2)由客流分布的具体特征,确定参数λ,该车站数较少,可以根据客流分布图直观判定1,2区间的客流聚为一类,3,4区间的客流聚为一类,5,6区间的客流聚为一类。各聚类段平均交通量:AB段54 250,BC段119 750,CD段56 258。

3)客流分布及聚类结果图(见图5)。

4方案优化

由图5可以看出,设计年限内,列车以站站停的停站方案运行,站点AD,CD段内列车运能浪费较大。因此在满足各区段的客流需求的条件下,应考虑在BC段设折返站,增加列车编组,这样就能提高运营经济性和服务水平,并且降低了运行成本。

若全线高峰小时单向最大断面客流量为Qmax,AB段高峰小时单向最大断面客流量为Q1max,CD段高峰小时单向最大断面客流量为Q2max,全线设置单一运行线路时,列车数量按式(6)计算。

NAD=n高峰θ列m/60 (6)

图6a)中(其他三种增加编组计算方法相同),若在BC段新增折返站,各交路列车编组相同且为m,则AD段所需列车数为:

NAD′=(n1高峰θ1列+n高峰θ列+n2高峰θ2列)m/60 (7)

可节省列车设备数为:N=NAD-NAD′。

若F为节省的N辆车耗费的运营成本,C1为固定成本(元/列)(主要为列车购置费),C2为可变运营成本(元/(列·里)),列车在一个运营时期T内运行的总运输距离为Kt,则:

$F = \sum_{t = 1}^{Τ} C_{2} Ν Κ_{t} + C_{1} Ν$ (8)

假定折返站的总建设费用为C,则有:1)当F=C,即N辆车耗费的运营成本与折返站的总建设费用相等,是否需增加编组应视其他具体条件而定。2)当F>C,即N辆车耗费的运营成本大于折返站的总建设费用,则应在B,C站点建设折返站并增加列车,最大化吸引客流,以便满足乘客出行。3)当F<C,即N辆车耗费的运营成本小于折返站的总建设费用,说明AD段全线单一交路即可满足乘客出行。

5主要结论

合理的列车编组方案既能提高列车的运行效率,降低运营成本,避免运能损耗,又能方便乘客出行。本文系统阐述了轨道交通列车运行客流量分析原理,并在理论基础上,通过实例分析,提出运营费用最小化的方法,可供列车编组方案设计及优化参考。

1)文中全面分析了轨道交通线路区间断面客流分布的基本特点,并描述了客流分布与列车编组方案的关系。 2)在分析客流的基础上,运用系统聚类分析法分析断面客流量,简化分布特征,为列车编组优化提供可靠的数据。3)结合分析结果,建立以运营成本最小化为目标的分析模型和判别标准,进而通过计算折返站的建设费用来判定是否需增加列车。

摘要：以城市轨道交通各区间断面设计年度预测的全日客流量为基础,根据轨道交通客流分布在各断面不均衡的特点,分析轨道交通线路上各站点客流分布的不均匀程度及其判别标准,采用聚类分析法分析客流分布特征,简化客流分布图,优化交通列车编组,以实现运营成本最小化。

关键词：城市轨道交通,列车编组,运能分析,编组优化

参考文献

[1]田福生,吕红霞,李致宏.基于车底配置最优的地铁列车交路设计[J].铁道运输与经济,2006(1):26-28.

[2]严波.城市轨道交通运营组织优化研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2006:37-39.

[3]方蕾,庞志显.城市轨道交通客流与行车组织分析[J].城市轨道交通研究,2003(5):42-44.

[4]徐瑞华,李侠,陈菁菁.市域快速轨道交通线路列车运行交路研究[J].城市轨道交通研究,2006(5):36-39.

柔性制动在城市轨道列车上的应用篇6

关键词：轨道列车,柔性制动器,单片机,脉宽调制,继电器

1 概述

柔性制动也称为平缓制动[1], 它能够确保一个平缓的制动过程, 可减小在制动过程中对机器的磨损和机械部件上的负荷。平缓制动的概念可以应用于风力发电, 自动扶梯, 传送系统, 煤矿卷扬机, 大型通风扇等场合。柔性制动是一个较好的制动解决方案, 在不恰当的操作或复杂的制动过程中, 可以阻止制动器元件不必要的磨损以及相应的维护。本文设计的柔性制动器可以应用于城市轨道列车上, 不仅能够实现平缓的制动过程, 同时还具有监控闸皮的实际温度、监控制动次数、监控闸皮等功能。

2 柔性制动原理

柔性制动主要是使用脉宽调制[2], 调制原理是基于开/关节流阀门脉冲宽度调制原理。这个开/关脉冲宽度调制的基础是液压器件和电子元件, 形成绝对安全和可靠的制动力。

柔性制动器通过控制两个节流阀门来实现平缓制动, 这两个节流阀门开关有一个每秒钟1比10的比率, 例如 (循环时间) 。通过改变制动器的开关的时间, 按照图1所示, 它可以控制制动力大小。柔性制动器将通过这种方式调制节流阀门的值, 这个制动转力矩一直按规定实际的平缓的需要, 进行控制。

3 制动器构成

柔性制动器以单片机为核心, 使用的单片机型号是C8051F120, 此款单片机具有内部资源丰富、功耗低、运算速度快等特点, 能够满意制动器的设计要求。不仅能够实现平缓的制动过程, 同时还能够实现对闸皮温度的监控、制动次数的监控和闸皮状态的监控。

3.1 平缓制动的实现。

本文描述的柔性制动器可以应用于城市轨道列车的制动。由图2可知, 控制器、液压单元、机械控制单元形成了一个闭环控制系统。控制器的输出是PWM信号, 反馈是机械控制单元输出的风机转速信号。

柔性制动器通过脉宽调制输出来实现平缓制动的整个过程, 也就是说制动器输出的不同脉冲宽度决定了它所输出的制动力大小的不同。由图2所示的三条曲线我们可以很清晰的看到输出不同的脉冲宽度所对应的制动力的区别。图2中第一条曲线的制动器开关时间比率为3:1, 此时制动力较弱;第二条典线比率为1:1, 此时制动力保持不变;第三条曲线比率为1:3, 此时制动力较大。由此可见, 通过不同的开关时间比率可以控制制动力的大小, 从而实现柔性制动[3]。在这个闭环控制系统中, 我们采用PID控制算法来实现。

3.2 闸皮温度的监控。

闸皮是制动结构中非常重要的一个部件。闸皮在制动时的温度是一个重要参数, 如果不能及时发现闸皮温度的快速变化, 将造成不可挽回的严重后果。所以本设计在柔性制动器中加入了对闸皮温度监控的功能。

制动监测器将不断的监测和记录闸皮的温度。这个记录意味着制动监测器将依赖预先设定好的参数和闸皮的实际温度而给出一个“磨损”或“警告”的信号。

这里使用PT100铂电阻作为温度传感器, 对温度进行采集, 温度测试范围为10℃-260℃。本设计用AD7711芯片为核心来构成PT100测量电路, 因为AD7711自身不但能够提供恒流源, 而且有信号调理电路, 并能够进行AD转换, 这样就简化了整个电路的设计。

3.3 制动次数的监控。

制动监测器记录所有的制动次数 (制动是在连续的过程中从制动器被提起开始, 到制动可应用再到制动被提起为一次) 。这个纪录意味着制动监测器将依赖预先设定好的参数和实际制动的次数而给出一个“磨损”或“警告”的信号。

制动监测器也能给一个“需要维护”的信号, 一般情况下国内的制动器可以运行50000次。这里采用数字I/O式传感器, 每制动一次, 传感器输出一个数字I/O信号[4]。

3.4 闸皮的监控。

制动监测器也能监测闸皮的工作情况。当闸皮已经被磨损的时候, 可以给出一个警告信号[5]。这个记录意味着制动器监测器将在闸皮使用到一定程度后发出闸皮磨损的“磨损”信号。这里也采用数字I/O式传感器, 闸皮磨损传感器会输出一个数字I/O信号。

4 总结

柔性制动器能够解决的平缓制动过程, 保护了设备运行的稳定性和安全性。同时也实现了对闸皮温度、制动次数和闸皮状态的监控, 功能较全。其应用前景也不仅局限于城市轨道列车, 同样适用于其它大型机电设备的平缓制动。

参考文献

[1]叶杭冶编著.风力发电机组的控制技术[M].机械工业出版社, 2002.

[2]张大海, 李伟, 林勇刚, 应有, 杨灿军.基于液压传动的海流能蓄能稳压发电系统仿真[J].电力系统自动化, 2009 (07) .

[3]吕宏水, 王志明, 刘为群.水轮发电机组柔性电制动励磁系统的研制[J].水电厂自动化, 1999 (01) .

[4]孙喆.柔性电气制动在水电厂的应用[J].水电厂自动化, 2010 (02) .

高速轨道列车篇7

目前, 列车轴承的巡检和维护是城市轨道交通的运营企业的日常工作之一, 但是现在的这种制度和方法对于拥有大量列车的企业来说存在着盲目性。因为这样所有的列车轴承都需要进行巡检, 对一部分没有故障的轴承也会经常性地进行巡检, 造成了资源的严重浪费。大量的巡检工作同时又会造成检修工作中可能存在的倦怠, 从而导致潜在的隐患无法排查出来, 不能够及时地发现存在故障的轴承, 进而不能及时地维修, 这就会给列车的安全运营带来极大的安全隐患。因此, 城市轨道交通列车轴承故障诊断新方法的探索和研究, 对于相关的运营企业极有必要[1]。瑞典的SKF公司早在1966年就已经发明了冲击脉冲仪来检测轴承, 当然这主要受益于快速傅里叶变换的发展与应用。

1 诊断中的关键问题

城市轨道交通列车轴承的典型构造如图1所示。列车滚动轴承一般情况下由保持架、滚动体、外圈和内圈所构成。保持加将轴承中的滚动体等距离隔开;滚动体则是在内圈与外圈滚道上进行滚动;外圈主要起到轴承内外壳的支撑作用;内圈装配在轴上与轴一起旋转。

实际中, 最为常见的列车轴承故障可以分为磨损和损伤两大类。从这两大类故障出发, 可以总结出最为常见的故障有疲劳剥落、磨损、压痕、锈蚀、电蚀、断裂、胶合、保持架损坏等。反复随载荷是造成疲劳剥落的主要原理;外部污物的侵入和滚动体与滚道间的运动是产生磨损的原因;大冲击力和热变形是压痕产生的主因;空气和水则是锈蚀和电蚀形成的原因;超负荷运转与自身材质的缺陷会造成断裂;超高的温度会引起胶合;机械故障是保持架损坏的主要原因之一。但不管是哪类故障, 在研究过程中都不可避免要解决下面这几个问题:

1.1 滚动轴承上故障信号的采集

根据列车轴承的振动机理, 利用振动信号所携带的信号, 来诊断轴承所出现的具体故障。那么, 对于本研究的首要任务就是要采集这样的故障信号, 然后再做下一步的研究和分析[2]。这个问题的关键点在于它是解决之后问题的源头, 只有把故障信号采集到才能做后续的工作, 所以它的准确性是后续一切工作的保证。

1.2 选择合适的频带提取故障信号的特征

采集到故障振动信号后, 就需要过滤掉噪声信号, 提取出对列车轴承故障诊断有用的信号。这就需要选取合适的频带信号, 从而提取出列车轴承的故障信号的具体特征。分析不同故障信号的特性, 根据不同特性来选择适合的频带信号对故障信号进行噪声处理, 从而提取出真正想要的有用信号, 为故障类型的判断打下基础。

1.3 由故障信号的特征判断故障类型

提取出列车轴承的故障信号后, 通过对信号的特征分析, 来对应轴承出现的不同类型的故障, 诸如外圈故障、滚珠故障、内圈故障和混合故障等。区别信号的特征成为判断故障类型的重点[3]。每种故障都可以归纳出故障信号的特征, 把检测出的故障信号与典型的故障信号的特征做对比, 就可以初步判断出是哪种故障。当然, 这也要求前期先对外圈故障、滚珠故障、内圈故障和混合故障等典型故障做出信号特征的描述, 才能实现后期故障类型的准确判断。

1.4 总结各类故障的特征信号

通过之前的研究进行仿真和试验, 总结出列车轴承可能出现故障的不同种类信号, 进一步明确故障信号与故障类型的对应关系, 为轴承的维护提供重要的保障和参考[4]。故障特征信号的总结, 需要经过大量的数据采集、对比、实验, 需要把每种信号的特征描述清楚、详细, 这样才能为后期的应用提供保障。

2 一种研究方法

对于列车轴承的故障诊断, 国内外都开展了相关的研究工作。通过对这样研究成果的分析, 我们可以知道, 想要准确地诊断出城市轨道交通列车轴承的故障, 那么必须要掌握轴承的结构。从轴承结构出发, 对照出现的主要故障, 再进一步找到产生的原因。最重要的是通过这个过程分析出轴承产生故障的特征信号, 并把之与轴承的振动机理相结合。在特征信号分析的基础上, 进行不断地试验, 尤其要针对城市轨道列车轴承常见的外圈故障、滚珠故障等进行[5]。

滚动轴承是列车上较为精密的部件, 它的使用寿命具有很大的离散性。城市轨道交通列车上的轴承要经常工作在情况比较复杂的环境中, 这就使轴承产生的故障特征信号传输需要一个复杂的处理过程。外界环境中强磁、强电等的干扰往往会使真正需要的信息被噪声淹没, 对特征信号的提取造成非常不利的局面。特别是一些早期的潜在故障, 这些故障信息的信号能量非常小, 对于它的采集难度非常大。同时包含故障轴承的信号大多数为非平稳信号, 之前的分析方法多数是利用FFT变换来进行提取, 但这种方法更适合用于平稳信号的提取, 对于非平稳信号的处理几乎没有任何效果。所以, 传统的方法对于提取含有故障轴承信息的故障信号并不理想, 还有可以改进的地方, 还需要不断的研究和完善。

这里针对城市轨道交通列车轴承故障诊断的研究过程, 提出一种方法, 如图2所示。其实, 这也是一个针对城市轨道交通列车轴承故障的分析过程和研究过程。先分析城市轨道列车轴承振动信号的特性, 确定其构成的各个部分, 弄清楚信号源;然后针对振动信号通过大量试验来选择合适的频带, 去除干扰信号, 从而得到能够代表故障信息的振动信号;根据之前得到的振动信号, 来判断列车轴承是什么样的故障, 不同的故障对应不对的振动信号, 能够得出不一样的结果;之后就是把有用的信号分离出来, 加入数据库, 为列车轴承故障的分析和研究打基础, 达到更准确的判断故障类型的目的;总结前期的研究和分析的过程, 针对列车轴承不同故障的信号特征得出其与故障类型的准确对应关系;最终目标是根据研究结果构建实际应用, 把成果应用到城市轨道交通运营企业的实际工作中去。

3 结论

城市轨道交通列车轴承的故障诊断能够有效地避免重大事故的发生。对于目前相关企业所应用的方法都在一定程度上存在缺陷, 所以对轴承故障的诊断进行进一步的深入研究很有必要。本文提出了研究中会遇到的关键问题, 并且探讨了一种研究方法, 按照这种方法进行详细地探索和研究, 将会得出行之有效的诊断方法。

摘要：针对城市轨道交通列车进行滚动轴承损伤的早期检测与故障诊断, 具有重要的意义。

关键词：故障,轴承,诊断,检测

参考文献

[1]孙振华.我国铁路客车高速轴承研究分析[J].铁道车辆, 2004 (08) .

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[3]于云满, 杨东, 赵志宇, 段洪涛, 吴军.轴承故障精密诊断的门限确定[J].机械设计与研究, 2003 (02) .

[4]张建中.列车轴温红外线监测技术及系统应用[J].煤矿机电, 2003 (01) .

城市轨道交通列车运行图鲁棒性分析篇8

列车运行图表示列车在铁路各区间运行时刻及在各车站停车和通过时刻的时空图,是铁路运输工作的综合计划和行车组织的基础,是协调铁路各部门和单位按一定程序进行活动的工具。在实际运营过程中,绘制实际运行图,成为完善列车运行图的依据。

本文将鲁棒性的概念应用于列车运行图当中,来衡量综合体现轨道交通运营方案的可靠性、服务质量及抗灾应变能力。列车运行图的鲁棒性定义为:轨道交通系统在发生设备故障或意外事故时,能够保持列车运行图既定计划或恢复其既定计划的能力。

2 列车运行图鲁棒性的作用机理

列车运行图作为轨道交通运营过程中的纲领,在其实际执行过程中,存在着许多反馈回路,其鲁棒性主要体现在这些反馈过程当中,如图1所示。

具体来说,列车运行图的执行包括两个相互关联的阶段。

1)运营阶段。列车运行图提供以减少客运车辆和人员调度之间的等候时间为目标的,面向乘客的最佳运行计划。

2)基础设施管理阶段。列车运行图提供同时满足系统稳定性,列车运营和交通限制的基础设施维修管理计划。

列车运行图鲁棒性主要考虑上述两个阶段的因素,如遭遇突发客流时,增发列车后的列车运行图的恢复,或者是设备故障时能够保证列车运行图的正常运转等。在发生设备故障或意外事故时,列车运行图的鲁棒性主要体现在以下两种情形。

1)设备故障或意外事故造成小扰动时。这种小扰动在短时间内形成列车晚点、列车延误等情况,从而造成实际运行图与列车运行图偏离。这种偏离最长持续1～5 min,通过列车运行图鲁棒性的可能措施将计划恢复到初始计划,如图1中主动反应部分。因此,直到恢复最初计划所需的时间间隔,或受到影响的列车数量,或这些列车的平均延误,将作为列车运行图鲁棒性的衡量指标。

2)当设备故障或意外事故超出列车运行图鲁棒性的承受范围时。在轨道交通运营过程当中,出现诸如突发客流、信号故障、列车追尾等较大事件时,需要调度工作人员采取通常的应急措施,甚至是临时调整列车运行方案,如图1中的被动反应部分,来保证整个轨道交通系统的运营,同时尽快恢复正常的列车运行图,以减少事故的不利影响。

列车运行图鲁棒性有关的参数有运输能力、系统最优性、不均匀性和速度。运输能力主要指轨道交通系统每小时能够运送乘客的能力;而不均匀性主要针对列车运行特征而言,如果所有列车都有相似的特征,那么轨道交通可以认为是均匀的,尤其是根据运行时间和停车时间得到列车在相同轨道区间有相同的平均速度。

列车运行图的鲁棒性和这4种参数相互关联、相互作用,如图2所示,如果要增大其中一个参数,必须相应地减小其它参数。例如,减小鲁棒性和运输能力的同时,会增加列车速度和不均匀性,减小鲁棒性和不均匀性意味着会增加系统最优性,等等。

3列车运行图鲁棒性参数描述

图3为列车运行图的一部分,纵轴的节点代表轨道交通车站,横轴代表时间。

图3中,列车为从左上行至右下,图3的中间部分显示了列车从车站Si到达位置Si+1。右侧显示了列车的实际路程,列车在车站Si停车,离开车站后,加速达到旅行速度,最终制动停止在下一站Si+1。为简单起见,列车运行图中画一条直线代表这个过程,于是,列车运行图鲁棒性可以用下列参数进行度量描述。

1)事件。事件是指列车在车站停车所需要的时间。这个时间包括减速制动时间和加速达到旅行速度的时间,如图3(右)所示,事件是制动时间、停车时间和加速时间之和。这个时间统称为原发性延迟。如果这个事件扩散至其他列车,这些列车所浪费的时间称为二次延误。

2)事件点。事件点是在轨道上发生事件的点。在某些情况下,这些点可能是与研究鲁棒性相关的,对于其他情况是不相关的。在图3中,这些点相对应的是Sk的位置。

3)间隔时间。间隔时间是两列车的发车时刻之差。间隔时间可分成最小间隔时间和缓冲时间两个不同的参数。最小间隔时间是相邻两辆列车之间保证安全运行的最小时间。缓冲时间包括在每一对列车的运行时间中,这个时间是添加到最小间隔时间中以消除小的事故。

4)列车数量。列车数量是高负载的列车运行图中,某一列车的延误会传递到其余的列车上。列车运行图的运输能力和鲁棒性是相对立的,较低的运输能力意味着更高的鲁棒性。

4增强列车运行图鲁棒性的方法

4.1增加缓冲时间

在小扰动事件发生时的列车运行图鲁棒性,可以通过优化列车运行图缓冲时间来提高。增加每一列车在其行程中的每一轨道区间和缓冲时间的时间补充,来增加最小车头时距。假设某轨道交通线路各区间的列车运行时间如表1所示。

在各区间计划运行时间中引入缓冲时间,提高列车运行图的鲁棒性。由表1可以看出,每个区间所引入的缓冲时间根据站间距的不同而不同,一般来说,站间距较小,引入的缓冲时间较大,反之,引入的缓冲时间较小。由于站间距较小时,列车因加速度的限制而平均速度较小,实际运行中经受的干扰较大。而所引入的缓冲时间的大小,除受站间距的影响之外,还跟线路的坡度、曲线半径等线形参数有关,需要因地制宜。

4.2 降低一个给定的交通模式能力

列车运行图的鲁棒性通过降低某一交通基础设施容量获得,在双轨道情况下特别适用。降低某一交通基础设施容量也是管理者通常应用的方法,UIC国际铁路联盟也使用UIC406 (2004),UIC405-OR (1996)建议的这种方法。降低一个给定的交通模式的理论容量,与之前所提到的应用于增加缓冲时间以最小化间隔时间相关。

显然,容量越大,由于事故所导致的二次延误风险也越大。因此,在没有实际运输能力限制的情况下,在运输能力未达到理论运输能力时使用基础设施。因此,在系统运输能力损失的情况下,可增加列车运行图的鲁棒性。

4.3 减少不均匀性

随着城市轨道交通的发展,地铁、轻轨、市郊铁路以及城际铁路都将会纳入城市交通一体化运营的范围内,其运营速度、运营交路、停站方案等运营特征的不同,使轨道交通呈现不均匀性,致使列车运行图变得比较复杂。不均匀性通常导致许多列车间隔时间较小,增加运行中延误传递,以至于列车运行图鲁棒性降低。不均匀性是由列车运行图产生的,它对轨道交通运营的准时性和系统的可靠性有负面影响。因此,均匀性列车会增加鲁棒性,不均匀性列车降低鲁棒性。

4.4 减少平均速度

在轨道交通系统中,当列车平均速度增加,两辆连续的车辆之间的间隔时间也相应增加,由于在实际过程中,需要更多的时间反应和适应系统。例如,当两辆车在拥挤的道路上以5 km/h的速度行驶,他们之间的间隔距离可减小至几米,此时,系统是鲁棒性的,因为在实际中,第一辆车的一个小干扰事件可以被系统吸收消除。

因此,在系统运输能力和鲁棒性之间有明确的权衡,为已知的鲁棒性价值。所有参数的鲁棒性,容量,最优性以及异质性都直接相关。正如我们已经指出的,鲁棒性可以通过减小容量、最优性和不均匀性来增加。

5 结束语

通过对轨道交通列车运行图鲁棒性的界定,在对鲁棒性的作用机理、鲁棒性参数描述等进行分析的基础上,得出了要增强列车运行图的鲁棒性,就必然要减少轨道交通系统的运输能力和列车运营速度的结论,提出了增强列车运行图鲁棒性的方法,对轨道交通运营中列车运行图的铺画和修改提供了方法和依据。

摘要：由于运营过程中的可靠性和安全性,使得城市轨道交通越来越成为城市交通的主力,其取得的社会效益远大于经济效益。鲁棒性通常用来衡量某系统对于内部参数和外部环境的包容程度。列车运行图是轨道交通运营的核心,在分析列车运行图鲁棒性作用机理的基础上,提出增强列车运行图抗干扰能力的方法。

关键词：列车运行图,鲁棒性,城市轨道交通

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