軌道列車范文第1篇
隨著城市軌道交通的發展, 為了實現低運輸成本、高服務質量的目標, 對列車開行方案進行合理優化必不可少。單列車的輸送次數與列車編組長度有關, 編組長度對開行頻率起到替代作用, 可見列車編組的特殊地位。列車編組的加入, 使城市軌道交通的列車開行方案的構成變得更加復雜[1]。
1 優化列車開行方案問題的內容
在城市軌道交通中, N= (S, E) 為線路, S={1, 2, ?, HS}為車站數合集, 1, 2, ?HS表示方向下行, 順次排列。一般情況下, 城市軌道交通開行方案形成上下行方向的對稱格局, 上行可推得路段集E={e (i, j) |i, j∈S}, w (e) 為路段e (i, j) ∈E的里程, 可記為w (i, j) 。
在城市軌道交通中, [Ts, Te]代表列車的運營時段。在開行方案?中, 列車編組的長度用b表示, 平均載客能力可記作V。由于車-站能力、站線長度等因素的限制, 列車編組的可行范圍為[bˉ, b]。
Ti為列車開行方案?的一個列車開行時段, 代表對應客流一天內的十年波動的相同列車開行頻率的時段, T={Ti= (tia, tib) |i=1, 2, ?, Ht}代表列車開行時段的集合, 其中Ti的起訖時間為tia, tib, 時間分段數量為Ht, 滿足tIa=Ts, tHb=Te。di為時間分段Ti的列車數, 列車的集合表示為D={di|i=1, 2, ?, Ht。列車的開行方案可根據上文定義為Ω={b, T, D}。
2 計算旅客廣義出行費用的公式
城市軌道交通旅客的出行費用和出行時段有關。在[Ts, Te]內, 城市軌道交通客流隨時間波動, 但存在相對穩定的時間段, 該時段為客流的出行時段。在[Ts, Te]內, 客流的出行時段有Hto個, f (i, j, k) 為車站i到j在時段Tko內的客流量, 其中i, j=1, 2?, Ht, k=1, 2, ?, Hto。列車開行頻率在1個客流的出行時段中的數值統一, 多個完整的出行時段可以組成1個開行時段。若出行時段 包括 , 即∈, =1, 2, ?, ,
一般由旅行時間、擁擠費用、票價費用、中轉風險及疲勞恢復時間等構成旅客廣義出行費用[2]。旅客的支出票價可采用貨幣支出形式, 表示方式為人公里票價率p?？土鱢 (i, j, k) 的單人票價支出為P (i, j, k) =pw (i, j) 。
旅行時間由候車及乘車時間構成。乘車時間等于旅行時間, γ表示線路列車類型的旅行速度, w (i, j) 代表運行距離, 通過兩者的比值可確定乘車時間。 客流的乘車時間計算公式為:
候車時間是指在車站待到發車這一過程所產生的時間。在城市軌道交通中, 候車時間與發車頻率存在密切聯系。當客流平均候車時間的計算公式, 即
其中 代表 的時段長度;δ代表與客流分布有關的參數, 若δ=0.05j代表i客流均勻到達。
為客流時段Tok內區段 (i, i+1) ∈E的上座客流量。
由于受到列車載客能力Vb的限制, 引入關于g (i, k) 的擁擠費用函數y (g (i, k) ) 表示區段 (i, i+1) 、客流時段Tk的車內擁擠的不舒適性。以貨幣支出方式體現旅客時間和擁擠費用等。時間為t*, 乘坐列車T*的個體出行費用公式:
C (i, j, k) =P (i, j, k) +β[G (i, j, k, ) +Z (i, j, k) ]+∑y (g (i′, k) ) ,
式中, 旅客平均時間價值用β代表。
3 開行方案的多目標優化模型建立
依據列車開行成本控制和軌道交通運輸能力, 設定開行列車上座率的上下限, 其中下限為?o, 上限為?1。?o Vb為開行1列車的最少載客數, ?1Vb為最多載客數。
編組長度的條件為:b
開行時段符合以下=要求, :
在追蹤運行過程中, 間隔時間τ限制列車的開行頻率, 因而開行頻率的上限要求應滿足:
另外列車開行頻率不能小于最小給定的開行平率?0, 以便維持市場競爭力和服務水平, 即
旅客才是開行方案的服務對象, 客流總廣義出行費用要求最小, 即
上式中, 旅客票價支出和乘車時間并不會受到列車開行方案的開行時段、開行數量以及列車編組等的影響, 因此均記作常數。與開行方案有關的客流費用地方計算公式:
從上式中, 可簡化目標函數Z1, 即
城市軌道交通的運營效益是列車開行方案中必須考慮的方面。軌道交通運營者制定列車開行方案主要從車票收入中獲取收益。如:設定每列車cT公里費用, 每車輛cu公里費用, 計算運營成本的目標公式:
受客流量時間波動的影響, 列車的開行頻率發生相應的變化, 但其變化過度, 會在很大程度上影響車輛的使用效果, 而且還會嚴重干擾到行車的組織工作。所以, 不僅要符合客流的要求, 同時還應該盡量在長時間內維持列車開行頻率的穩定, 從而實現列車開m行in時段=數量最少的優化目標, 即
城市軌道交通列車開行方案的多目標優化模型由以上所有的約束條件式和目標函數式構成。
結語
制定旅客列車開行方案時, 納入列車編組, 可嘗試綜合優化開行時段、列車編組、列車數量等方面。以客流廣義出行費用分析為前提, 對運輸能力、運輸效益、運輸組織要求以及客流需求進行合理考量, 以完成多目標規劃模型的建立。
參考文獻
[1]王永亮, 張星臣, 徐彬, 解曉靈.城市軌道交通網絡化列車開行方案優化方法[J].中國鐵道科學, 2012, 05:120-126.
軌道列車范文第2篇
CBTC系統是新型的城市軌道交通ATC系統,包括采用感應環線和無線通信的CBTC系統。它通過列車與地面間連續的雙向通信,實時提供列車的位置以及速度信息,更新列車的移動授權,最大程度地減小了列車的運行間隔,突破了固定閉塞的局限,實現了移動閉塞,在技術以及成本上都較傳統的信號系統有明顯的優勢。所以,移動閉塞和車地連續通信是CBTC的主要特點[1]。
CBTC系統是當今世界上最有發展潛力的列車運行控制系統。目前國內的各大城市都采用了這種技術。比如2010年開通的南京地鐵二號線就是采用了西門子的CBTC系統。在軌道交通快速發展的形勢下,研究CBTC對探索軌道交通信號設備的國產化方案、加快開發具有自主知識產權的CBTC系統具有重要的意義。國家發改委已經出文表示,聯鎖以及ATS系統必須是總承包廠商提供[2]。
1 CBTC系統概述
CBTC系統是一種采用先進的通信和計算機技術、連續控制、監測列車運行的列車控制系統,是實現移動閉塞制式的主要技術。它的關鍵特點是車載設備與軌旁設備間的實時雙向通信?；谕ㄐ诺腃BTC系統與傳統的基于軌道電路的信號系統相比,減少了硬件設備量,降低了設備安裝和維護成本,而且系統的安裝、調試和維護也很簡單,這就實現了更低的全壽命周期成本。
通用的CBTC系統結構如圖1所示:
從圖1中可以看出:整個CBTC系統包含地面設備(軌旁設備以及聯鎖系統)以及車載設備;二者通過數據通信網絡連接。地面設備向車載設備傳輸控制信息,比如移動授權、限速信息、運行時間等,控制列車的運行;而車載設備也向地面設備傳送列車信息,比如位置報告等,形成閉環信息傳輸及控制。這里的數據通信網絡就是車-地通信網絡,可以由多種通信方式構成,如無線電臺、裂縫波導等方式。
不同的設備供貨商提供的系統可能不一樣,但是其控制列車安全運行的核心是一致的。比如西門子的CBTC系統由SICAS計算機聯鎖系統、TRAIN-GUARD MT系統(ATP/ATO)以及VICOS(ATS系統)構成。南京二號線就是此結構。而阿爾卡特的系統則由基于感應環線通信的和基于無線通信的CBTC。
2 CBTC主要特點
2.1 移動閉塞
移動閉塞是一種新型的閉塞制式,它克服了固定閉塞的缺點。具有如下特點[3]:
(1)線路沒有固定的閉塞分區,列車間隔是動態的,并隨前一列車的移動而移動。
(2)列車間隔是按后續列車在當前速度下所需的制動距離加上安全余量計算和控制的,確保不追尾。
(3)制動的起點和終點是動態的,軌旁設備的數量與列車運行間隔關系不大,可實現較小的列車運行間隔。
(4)采用車-地雙向傳輸,信息量大,易實現無人駕駛。
(5)由于沒有預先設置的閉塞分區,不以固定閉塞分區為列車追蹤的最小單元,而是根據實際運行速度以及列車位置,動態計算出相鄰列車之間的安全距離。因此,與固定閉塞相比,列車運行間隔大大減少,具備更大運行調整能力。
由此可以得到它有以下的技術優勢:
首先,移動閉塞在真正意義上實現了列車運行的閉環控制。一旦建立通信,軌旁便得知所有列車的位置,因而能夠提供連續的列車安全間隔保證和超速防護,在列車控制中具有更好的精確性和靈活性。此外,與傳統系統相比,可以減少沿線設備,車載設備,軌旁設備的暗抓觀念也相對容易,維修方便,有利于降低運營成本。
其次,由于運行間隔大大縮小,所以有條件實現小編組、高密度,從而使系統在滿足同等客運需求條件下減少旅客候車時間,降低基建投資。
最后,移動閉塞系統的設計核心部分通過軟件實現,它的安全計算機一般采用3取2或者2取2的冗余配置,可保證系統的可靠性、安全性以及可用度。
所以,從它的特點以及優勢可以看出,CBTC系統通過建立車地之間連續雙向、高速的通信,使指令以及狀態實時交換;同時根據線路的條件,對列車進行限速或者與地面設備發生聯鎖關系。因此,車地通信又是很關鍵的部分。
2.2 車-地連續通信
由于對列車的指令以及列車狀態、位置都需要通過車地通信來實現,所以通信的好壞直接影響行車安全,這就要求有可靠和安全的通信技術與設備。
車地通信就雙向信息傳輸方式而言,分為基于感應電纜環線和基于無線通信方式。武漢城軌一號線就是采用感應環線。而無線通信是最廣泛應用的一種方式。它按照數據傳輸媒介的方式可分為:無線電臺、裂縫波導管、漏纜等。
無線電臺的體積較小,安裝和維護容易。為了通信的質量,無線電臺在地下線路一般200 m左右設置一套,地面以及高架線路大概300 m左右一套。為了保證在一個無線接入點(AP)故障時通信不中斷,往往需要在同一個地點設置雙網覆蓋,進一步縮短了AP布置間距。
利用裂縫波導管進行無線傳輸的信號系統有法國的ALSTOM公司,已經在2002年開通的新加坡東北線以及北京機場線中得到成功應用。波導管是能傳輸電磁波的金屬管,簡稱波導。它采用的是一種長方形鋁合金材料,在其表面每隔一段距離(約6 cm)刻有一條2 mm寬3 cm長的裂縫,能夠讓無線電波從縫中漏泄出來。波導管的物理特性和衰減性能很好,傳輸距離遠(最大可以1 600 m),且抗干擾能力強。它減少了列車在各個AP間的漫游和切換,大大提高了無線傳輸的連續性和可靠性[4]。
總之,各種傳輸方式各有優點。具體的工程設計要結合線路的具體情況以及整體性價比進行選擇。
3 案例分析
2010年,開通的南京地鐵二號線采用了西門子的CBTC系統。該信號系統由3個主要子系統組成:列車自動監督(Automatic Train Supervision)系統;計算機聯鎖系統Sicas(西門子計算機輔助信號系統,Siemens Computer Aided Signalling);Trainguard®MT ATP/ATO系統。
ATS子系統由SIEMENS提供的VICOS OC501中央設備及十四所提供的MOCS—LATS本地設備組成(Metro Operation Control System)。系統采用面向對象的技術進行設計,配置靈活,易于修改和定制以適應不同用戶的功能要求,以及不同系統的運營模式變化要求。
聯鎖子系統采用西門子公司提供的SICAS,這是一個經過廣泛驗證的聯鎖系統,它在世界各地的信號系統中都曾經應用過。該系統基于西門子故障-安全的SIMIS原理,其現代化設計和安全數字總線通信的使用極大降低了聯鎖系統數量。SICAS系統的一個很大優勢在于工廠測試可以全面模擬室外設備情況,所以系統現場測試時間將顯著減少。
ATP、ATO采用西門子公司提供的TGMT(Trainguard MT)產品。該產品在連續式通信或者點式通信條件下,由Trainguard MT的列車自動防護和列車自動駕駛功能保證列車的安全監督和連續運行,列車安全功能主要基于移動閉塞原理。Trainguard MT的ATP系統采用故障-安全的SIMIS原理,它通過優化經過國際驗證的西門子列車控制系統(如LZB700、SACEM、METEOR、CBTC以及ETCS)移植而來。因此,系統具有眾多特點和優異性能,它可以選擇不同的運行和后備運行模式,采取最佳性價比的策略滿足現代城市軌道交通的需求,同時給地鐵運營商最大的運行可用性。
3.1 系統結構圖
系統結構如圖2所示:
中央控制層:列車自動監督(Automatic Train Supervision)層包括操作控制中心和由南京十四所提供的本地操作員工作站(Local Operation Workstation)。
軌旁層:Sicas聯鎖和Trainguard MT系統,并和信號基礎設備計軸器一起完成了聯鎖和軌旁ATP功能。
通信層:提供軌旁與車載之間的點式或連續式通信。無線系統提供用于移動閉塞的連續通信?？勺償祿鹌骱吞畛鋽祿鹌魈峁c式通信用于固定閉塞.
車載層:車載信號設備包括車載Trainguard MT ATP/ATO、駕駛室人機界面HMI等
3.2 成熟、可靠、靈活的無線通信系統
在南京二號線中,無線系統是采用了Airlink TC。在該系統中,有線部分采用工業以太交換機,組成HIPER Ring環;無線部分采用廣泛應用的IEEE802.11b標準,以冗余方式占用兩個沒有重疊的頻段(2.4 GHz ISM頻段中1、11信道),通過2.4 GHz WLAN技術,在分布式軌旁設備、中心設備和車載設備之間進行通信,供Traingard MT系統使用。
無線通信服務器WCC首先通過內部動態數據庫重新打包數據并增加相關路由信息,隨后通過交換機向環網骨干網轉發新數據包。對Trainguard數據來講,所有環網是冗余的,每個環網同軌旁一系列接入點(AP)接口。環網拓樸結構同簡單星型結構相比具有易于管理和節約光纖的特點,同時提供高可用度。
接入點分布在軌旁,提供到車的無線鏈路,大約每兩個AP相距350 m。如果在某些區域隧道中有多股軌道,或在高架開放空間環境下,一個AP可覆蓋雙軌。AP使用定向天線,實際為TC提供的AP場強覆蓋軌道的范圍大約是兩個AP之間距離的兩倍,這樣就提供了冗余“雙覆蓋”無線區域。這樣設計的好處是如果軌旁間隔的AP出現故障并不會影響列車運行。每個接入點連接兩對YAGI天線,每對天線各指向隧道的不同方向,用一對天線是為了提供信號的分集。
車載無線通信設備位于頭尾,有兩個互為冗余的車載單元(TU),每個TU包含兩個無線網卡以增加帶寬。車載單元(TU)的兩個無線網卡共用一對YAGI天線指向車頭的相應方向,車載單元接收軌旁發送的數據重新打包,提供給相關車載實際應用(Trainguard MT)。車-地數據傳輸與此類似,只是過程相反而已。
4 結束語
CBTC系統是安全、可靠、先進的列車控制系統,它利用高精度的列車定位(可以定位到cm)以及連續、雙向的車地通信,給列車提供移動授權,使列車能以較小的間隔運行,縮短了旅客的候車時間。
與傳統的基于軌道電路的列車控制系統(固定閉塞或者準移動閉塞)相比,軟件技術達到了一個新的等級,硬件設備相對減少,在技術上有著無與倫比的優勢。特別是基于無線通信的CBTC的采用,更是將城市地鐵線路網實現了互聯互通。目前,ATP/ATO系統已經在逐步的國產化,國家也大力扶持自主產業,北京的亦莊線就是采用了北方交通大學研制的ATP/ATO系統,得到了很好的應用。所以,CBTC系統必然是今后城市軌道交通信號系統的發展方向。
參考文獻
[1]林瑜筠.城市軌道交通信號[M].北京:中國鐵道出版社,2008:3-8.
[2]國家標準局.GB/T12758城市軌道交通信號系統通用技術條件[S].北京:中國標準出版社,2004:11-15.
[3]曾小清,王長林,張樹京.基于通信的軌道交通運行控制[M].上海:同濟大學出版社,2007:81-95.
軌道列車范文第3篇
1. 1 列車編組
蘇州軌道交通一號線列車采用由2 個列車單元 (Tc* Mp) 組成的2 動2 拖4 輛編組 (見圖1) , 每個 (Tc* Mp) 為最小可動單元, 當整列車解編為2 個 (Tc* Mp) 單元時, 每個 (Tc* Mp) 單元在人工簡單操作下可迅速形成端車回路, 在Tc車可操控 (Tc*Mp) 單元。編組形式為= Tc * Mp = Mp * Tc = ( 其中: = 為半自動車鉤, * 為半永久牽引桿) 。
1. 2 制動系統概況
一號線列車采用克諾爾公司的EP2002 空氣制動系統, 能夠實現常用制動、快速制動、保持制動、緊急制動、停放制動、車輪防滑保護、載荷補償、制動混合等功能?？刂品绞綖橐赞D向架為單位的“架控式”, 內設監控終端, 具有自診斷和故障記錄功能, 能在司機控制器或自動駕駛系統 (ATO) 的控制下對列車進行階段性或一次性的制動與緩解。
在正常制動過程中, 電制動和空氣制動隨時協調配合以滿足制動指令的要求, 并且優先采用電制動 (電制動包括電阻制動和再生制動) , 如果電制動不能滿足總制動力的需求, 由空氣制動自動補充, 并且優先補充拖車的空氣制動。為保證列車運行安全而設有的緊急制動, 通過帶電的緊急制動環路來控制, 并最終由空氣制動基礎裝置執行, 當緊急制動環路斷開導致緊急電磁閥失電時施加緊急制動, 緊急制動采用純空氣摩擦制動。緊急制動是故障安全環路, 不可逆, 當所有緊急制動觸發條件都消失, 在零速時緊急制動緩解。在常用制動和緊急制動過程中, 該系統都具有防滑控制功能和載荷補償功能。
1. 3 緊急制動控制原理
緊急制動的控制原理為緊急制動接觸器EBK高電平得電緩解, 低電平觸發, 由緊急制動列車環路控制 (見圖2) , 環路上任意一點斷開將觸發緊急制動。觸發條件主要有: (1) 緊急制動斷路器EBCB斷開; (2) 非ATO模式下, 未按下司機室中的警惕裝置超過3 s; (3) 在非零速狀態下方向手柄過零位; (4) 車輛控制單元 (VCU) 觸發緊急制動; (5) 斷開鑰匙; (6) 按下蘑菇按鈕; (7) 總風壓力低于5. 5 bar; (8) 列車自動保護系統 (ATP) 觸發緊急制動 (以上8種情況在圖中的安全回路標識依次為A、B、C、D、E、F、G、H) ; (9 ) 緊急制動環路上連接器虛接、繼電器故障等硬線故障。
2 列車緊急制動故障現象
2. 1 緊急制動不緩解故障
2012 年1 月31 日, 0105 車在下行金楓路出站后發生緊急制動停車, 當時列車氣壓、網壓正常, Tc1車一位端為激活端, 司機檢查發現各斷路器正常, 蘑菇按鈕沒有被按下, 嘗試隔離Tc1 車一位端ATP, 按壓警惕按鈕旁路開關與主風缸低壓旁路開關后仍無法緩解緊急制動, 重啟列車也無法消除故障, 最終列車被救援回庫。2 月1 日上午該列車上正線試運行, 10∶ 30, 該車上行至文化博覽中心到東方之門區間觸發緊急制動且無法緩解, 司機申請并嘗試切除ATP后發現緊急制動仍無法緩解。
2. 2 OBCU冗余造成緊急制動
2012 年2 月10 日, 0115 車在鐘南街下行線進存車線時, 在AM模式下, 車輛顯示屏顯示“警惕按鈕松開”, 施加緊急制動。司機緩解緊急制動后, 以AM模式仍然不能動車, 改用SM模式能動車。
2. 3 不明原因緊急制動
據統計, 2012 年4 月6 日至18 日, 0110 車累計發生19 起緊急制動故障。故障特點: (1) 故障均在列車停穩后便立即消失; (2) 上、下行線路均有發生, 故障發生的時間和地點沒有規律; (3) 列車回庫后, 車輛狀態顯示一切正常, 故障無法重現, 故障排除比較困難。
2. 4 ATO模式丟失造成緊急制動
2012 年12 月1 日, 0110 車在桐涇北路至西環路上行區間100 m標091 處車輛顯示屏顯示緊急制動, 正常緩解動車。
3 列車緊急制動故障分析與處理
3. 1 緊急制動不緩解故障排查與處理
故障車輛回庫后, 下載列車相關故障數據記錄, 排除了VCU、ATP觸發緊急制動的可能;根據司機操作也可以排除主風管低壓、斷路器脫扣而造成的緊急制動。司機曾申請并嘗試按壓警惕按鈕旁路開關后仍無法緩解緊急制動, 排除了警惕按鈕故障。根據在現場的推斷, 有針對性地對列車Tc2 車一位端的低壓箱連接器、壓力開關連接器進行晃動, 觀察緊急制動是否觸發。最終在晃動主風管低壓壓力開關旁邊線纜時發現緊急制動觸發, 因此將故障點定位到該連接器。連接器的母針有一明顯缺口造成公、母針配合后松動 (見圖3) , 故障線號為G700U (見圖4) 。后來壓力開關供應商克諾爾公司更換了該針, 沒有再發生此故障。
3. 2 OBCU冗余造成緊急制動故障分析
在AM駕駛模式下, OBCU - ATO驅動模式繼電器AMR (見圖5) 會出現瞬時失電, 即當OBCU切換主從狀態, 進行冗余時, 不能做到無縫切換。根據電氣原理圖 (見圖6) , AMR瞬時失電會造成緊急制動列車線失電, 觸發緊急制動, 同時觸發“警惕按鈕松開”故障。這是設計缺陷, 在AM駕駛模式下, 一旦OBCU切換冗余就會發生這樣的現象。
3. 3 不明原因緊急制動故障排查與處理
根據故障發生頻率和特點, 通過跟蹤排查列車電器元件、接線狀態, 并在正線開展跟車測試, 初步查找出3 個故障點并對其進行修復, 使得緊急制動問題得到有效控制。為了盡快縮短故障排除時間, 又采用部件替換法來確定其他故障點, 但是故障仍未解決。
由于緊急制動回路電氣連接點較多, 同時電氣接線不良的現象比較特殊, 接線不良瞬間發生又瞬間恢復, 通過常規的目視檢查手段已無法查到接線不良故障點, 在對多種方案進行可行性分析后, 決定采用示波儀監視控制環路上的節點, 以此來定位故障點?？傮w思路是在環路上設置10 個監視點, 用示波儀記錄這10 個點的電壓信號狀態, 分析在緊急制動施加時這10 個節點的失電順序來定位故障點。
在第3 次測試過程中, 在Mp1 車二位端電氣柜內矩形連接器CM04C2LD - 21 上增加了1 個監視點11。4 月18 日14∶ 35, 列車由金楓路上行出站觸發緊急制動且不能緩解, 示波儀記錄數據顯示監視點7 先失電, 而監視點11 延時失電, 因此, 將故障疑點鎖定在Mp1 車二位端電氣柜內CF04C2LD - 21矩形連接器上, 如圖7 所示。
該連接器針的瞬間中斷故障導致列車施加緊急制動, 庫內對該連接器進行檢查, 初步判斷該連接器存在以下問題: (1) 連接器安裝支架設計不合理, 支架采用兩點線性固定方式, 不牢固, 在正線容易引起共振; (2) 連接器自身設計不合理, 連接器金屬外殼較塑料絕緣體超高, 導致公母連接器塑料絕緣體無法插接到位, 公母針配合深度不夠, 僅3 mm左右, 在正線振動工況下很容易瞬間中斷; (3) 連接器針壓接工藝存在問題, 容易造成接線虛接甚至脫落。
列車回庫后對6、7 點之間的節點進行排查, 首先檢查Mp1 車二位端電氣柜內CF04C2LD - 23 矩形連接器, 發現公母針搭接量為4 mm左右, 符合要求, 但個別配合有間隙, 這與之前晃動連接器支架可以模擬出緊急制動的說法相吻合。其次對列車進行單元解編, 發現Mp2 車車鉤連接器內下部彈性觸點萎縮, Mp1 車正常。該處各有2 組活動觸點, 分別與2 個平面相接觸, 列車接線時使用了下部2 組觸點。該連接器的1 根進線通過短接橋連接到2 個觸點上, 屬于冗余設計, 列車振動引發下部右側連接不足, 由于下部左側觸點萎縮無法導通, 因而緊急制動控制環路失電, 如圖8 所示。
聯系車鉤供應商完成了對Mp2 車車鉤連接器上2 個彈性觸點的更換。更換完成之后, 檢修車間又安排0110 車上線繼續跟蹤。跟蹤觀察列車運行一周, 未再發生不明原因緊急制動, 至此, 此故障徹底解決。
3. 4 ATO模式丟失造成緊急制動故障分析
通過下載事件記錄儀 (EVR) 數據進行分析可以看出:列車在施加緊急制動狀態下, 存在1 個明顯的ATO模式丟失現象導致車輛AMR繼電器失電。當AMR繼電器失電后, 緊急制動回路將失電, 列車施加緊急制動。
4 預防措施與對策
4. 1 緊急制動不緩解故障預防措施與對策
從0105 車發生緊急制動不緩解這起故障排查與處理過程可以看出接線工藝的重要性。為防止類似故障再次發生, 蘇州軌道交通運營分公司車輛中心會同中車南京浦鎮車輛有限公司 (以下簡稱中車浦鎮公司) 一起對所有上線運行車輛的壓力開關連接器進行了普查, 并就可能的隱患進行了處理。對于該起事件車輛中心在故障分析例會上要求中車浦鎮公司從連接器設計選型、接線工藝和施工等方面給出分析報告和進一步的解決措施, 來提高列車運行的可靠性和穩定性。
4. 2 OBCU冗余造成緊急制動故障的預防措施與對策
針對OBCU冗余造成緊急制動故障現象, 建議將該AMR觸點移至DMR繼電器上方, 即與司控器警惕按鈕觸點并聯, 充分利用DMR繼電器延時3 s失電功能。同時要求西門子信號公司設法做到OBCU冗余時無縫切換, 讓AMR不失電。
4. 3 不明原因緊急制動故障預防措施與對策
從0110 車發生的多起緊急制動故障排查與處理過程可以看出車鉤連接器的重要性, 建議中車浦鎮公司進一步加強與車鉤供應商的溝通聯系, 完成對Mp2 車車鉤連接器上2 個彈性觸點的更換, 確保車鉤連接器內下部彈性觸點正常導通, 避免由于列車振動等原因引發下部右側連接不良, 造成下部左側觸點萎縮無法導通, 導致緊急制動控制環路因失電引起緊急制動故障。
4. 4 ATO模式丟失造成緊急制動故障的預防措施與對策
對于此類發生較為頻繁的故障, 蘇州軌道交通公司車輛中心聯合中車浦鎮公司研究分析后決定對電氣原理進行優化, 主要是變更AMR繼電器觸點在緊急制動回路中的位置, 具體變更如圖9 所示。
通過此次整改, 在正線忽然丟失ATO模式, 即AMR繼電器失電的條件下, 司機仍然有3 s的反應時間, 如司機能夠在該時間內, 按住無人警惕按鈕, 車輛將不再施加緊急制動, 列車也能成功轉入手動模式駕駛。
5 結束語
制動系統作為軌道交通車輛的重要組成部分, 直接關系到車輛的運行性能與安全, 影響乘客的乘坐舒適度。制動性能的好壞還關系到車輛運行速度的提高和運量的增長。因此, 必須排除影響車輛制動性能的各種誘因, 保證車輛制動系統的性能穩定, 確保軌道交通車輛的運行安全, 從而實現安全、快捷、舒適運送旅客的目的。
摘要：結合蘇州軌道交通一號線車輛自試運行以來發生的幾起典型的緊急制動故障, 從故障現象、故障排查與處理以及故障預防措施等方面進行了分析, 以提高軌道交通裝備制造企業相關人員與車輛維修人員的崗位作業技能。
軌道列車范文第4篇
1924年, 我國首先在大連—金州、沈陽—蘇家屯間建成自動閉塞, 采用的是交流50Hz二元三位式相敏軌道電路, 這是我國最早采用的軌道電路。從那時起, 軌道電路作為一種檢測列車及車輛的存在是最簡單、直接、有效的方法, 成為我國區間自動閉塞最主流的形式, 得到了長足的發展。先后發展了音頻軌道電路、交流25Hz長軌道電路、極性頻率脈沖軌道電路、不對稱脈沖軌道電路、50Hz或25Hz交流計數電碼軌道電路、4信息移頻軌道電路、18信息移頻軌道電路等多種制式的軌道電路。至此, 我國鐵路有絕緣軌道電路結合地面信號機的列車控制系統得以確立。
20世紀80年代末期開始, 為了提高列車運行速度、壓縮行車間隔、提高線路的利用率。我國相繼在京廣線、京哈線引進了法國UM71和UM2000型無絕緣軌道電路以及與之配套的TVM列控系統。隨后, 在消化吸收引進技術的基礎上, 又研發出了用于自主知識產權的ZPW—2000A型軌道電路。結合作為輔助設備使用的通用機車信號系統, 就形成了目前160km/h以下既有線運行的列車控制系統模式, 即CTCS0級 (CTCS:Chinese Train Control System——中國列車運行控制系統) 。
隨著列車運行速度、機車牽引重量、列車運行密度的增加, 軌道電路自身存在的問題不斷顯現出來。
(1) 作為軌道電路標志性的組成部分——鋼軌能傳輸信息的頻率極為有限。作為列車運行控制系統, 它要求有大量信息, 包括軌道電路編號、長度、坡度、彎道、列車所在位置、車次號、運行速度等, 顯然, 要通過軌道電路來提供上述信息是難以完成的, 除非縮短軌道電路到幾百米距離, 才能傳輸較高的頻率, 或者用疊加在軌道電路上傳輸專用信息。
(2) 在軌道電路中還有道渣阻抗變化影響、天氣變化影響 (雨天、晴天等) , 致使軌道電路要具有良好的調整狀態、分路狀態、機車信號能正確接受信息狀態等, 就必須要有精密的設計和相應的及時調整。
(3) 軌道電路構成閉塞分區時的分割, 對長鋼軌的應用造成障礙, 因此不得不有無絕緣軌道電路制式的出現, 在有的制式中存在短距離無信息的死區段、或者在沿線還需要設置補償電容用以均衡電感信息達到延長軌道電路長度目的等。
(4) 軌道電路需要日常維護工作, 不管天氣怎么變化, 維護工人要經常沿線徒步目視鋼軌本身和軌道絕緣節良好情況, 維護量大, 且費用也較高, 使信號工的勞動強度增加。
(5) 用軌道電路構成自動閉塞系統時, 閉塞分區的通過信號機固然能保護列車的安全, 但是列車在此閉塞分區的哪一個確切地方, 是在其始端還是末端則無法知道, 而且也無法知道列車是在停止狀態還是在運行狀態, 或慢速前進, 或快速前進, 速度又是多少等等, 這些情況, 地面控制系統均無法知道, 即無法對列車精確定位, 這就嚴重影響列車運行效率。
(6) 在軌道電路構成自動閉塞系統時很難用軌道電路實現列車對地面控制中心進行通信, 即利用軌道電路難以實現雙向通信。
(7) 在電氣化牽引區段, 兩根鋼軌同時又是牽引電流的回路, 由于回流在兩軌上的不平衡性, 因此, 對任何TBTC制式系統都會造成干擾, 所以建立這類T B T C系統時, 對它的載頻和調制信號等都要仔細推敲。
(8) 由于列車通過軌道電路無法送出大量的信息, 所以在建立各種運輸管理信息系統所需的基礎信息時:何時、何地、有何種車、自何方向, 以何種速度運行、它們的目的地、起始地等等, 在任何TBTC系統里, 它們都是由地面按單據人工鍵入, 因此對運輸信息管理系統而言, 只能是利用人工追蹤, 而無實時信息自動輸入。利用人工鍵入方法, 顯然有可能產生鍵錯、遲鍵、漏鍵等多種差錯的可能。
軌道電路作為列控信息傳輸的主要途徑其自身有兩項最根本的缺陷:一是信息量有限, 二是信息傳輸的單向性, 即列車只能被動接收地面信息, 而無法與地面進行實時、自動的信息交互。因此, 當列車運行速度超過160km/h時, 列車很難按照地面信號機顯示駕駛列車。進而, 當高速列車速度達到200km/h時, 其緊急制動距離接近4000m, 通常的地面信號為主體的自動閉塞更是不能確保列車安全。必須裝備新型的高速列車運行控制系統——由高可靠、高安全的智能設備組成, 以車載信號為主體, 遵循車地一體化的思想設計, 來保證列車安全運行。
在2004年第五次既有線提速取得成功的基礎上, 我國鐵路在實施既有線第六次大提速的同時, 于2005年初, 鐵道部運輸局組織制定了CTCS2級列車控制系統的具體實施方案。
針對既有線200km/h動車組的CTCS2級列車控制系統引進歐洲的ETCS系統的關鍵設備和技術, 結合主要設備的研發和既有設備的改造, 形成了基于軌道電路和點式應答器傳輸控車信息, 并采用徹底一體化設計的適合我國實際情況的, 掌握自主知識產權的分散自律的列車控制系統。CTCS2級 (簡稱C2級) 面向提速干線和客運專線, 適用各種線路速度區段, 地面可不設區間信號機。
在CTCS2級列車控制系統中, 地面設備主要由車站列控中心、地面應答設備、軌道電路和其他信號地面設備 (主要由車站聯鎖系統, 微機監測, CTC/TDCS設備等) 組成。
CTCS2級列車控制系統保留了軌道電路。采用ZPW2000 (UM) 系列無絕緣軌道電路作為檢車列車占用和完整行檢查, 以及故障狀態下的備用模式 (CTCS0或1級) 。
既有線車站列控中心是列控區段與點式應答器配套使用的主要設備。它是設于各個車站的列控核心安全設備, 采用冗余的硬件結構。與車站聯鎖、CTCTDCS設備接口, 根據調度命令、進路狀態、線路參數等列車進路及臨時限速等相關控車信息, 通過有源應答器傳送給列車。
現代鐵路的發展方向可以用四個字來概括“多拉快跑”。這就要求信號安全設備在確保安全的同時, 提供更多的信息, 以提供機車更多數據用于進行運行速度、制動距離的計算。而這也正是即往以軌道電路為主的區間閉塞限制鐵路發展的瓶頸。地面應答器設備剛好可以彌補這一缺陷。
地面應答器設備由無源應答器、有源應答器和軌旁電子單元 (LEU) 組成。
(1) LEU周期接收來自車站列控中心的報文, 并將其持續不斷的向有源應答器發送。
(2) 有源應答器與LEU連接, 用于發送來自LEU的報文。在既有線提速區段, 有源應答器設置在車站進站端和出站端, 主要發送進路信息和臨時限速信息。
(3) 無源應答器用于發送固定不變的信息。如設置在區間, 發送線路數據、最大允許運行速度、軌道電路參數、列控等級切換等。
地面應答器設備的引進和應用可以說是CTCS2級列車控制系統區別于以往列車控制系統的本質所在, 具有劃時代的標志。它的出現改變了我國鐵路多年來形成的以軌道電路作為區間閉塞制式, 使用地面信號機為主體信號, 機車信號為輔助的控車模式。轉變為基于軌道電路和地面應答器設備傳輸控車信息, 并采用車地一體化設計的列車運行控制系統。面向提速干線和客運專線, 適用于各種線路速度區段, 地面可以不設通過信號機。自此, 標志著軌道電路在鐵路主干線上的絕對主導地位開始動搖, 并逐步為以地面應答器設備為代表的新一代閉塞設備所取代。
同樣, 地面應答器設備不是、也不可能是區間設備的終極形式。
它也存在著自身的問題與缺陷。就目前而言, 有源、無源應答器都是使用移頻鍵控調制FSK方式:中心頻率為4.234MHz, 頻偏為282.24kHz, 平均傳輸速度為564.48kbit/s傳輸信息。一個標準的長數據報文有效長度僅為8 3 0 b i t, 而當列車運行速度超過300km/h時, 僅能使用有效長度為210bit的短報文。這樣的數據量, 相對于不斷提高的列車速度, 依然有些捉襟見肘。同時, 地面應答器依然沒有徹底解決軌道電路數據流的單向性問題, 沒有真正實現車地的互動。此外, 使用地面應答器依然需要鋪設大量電纜, 對環境變化比較敏感, 需要大量人員日常維護及不適合嚴寒、潮濕等惡劣地段要求等問題同樣存在。從長遠來看地面應答器這種點式設備依然不能滿足鐵路不斷追求更高速度的要求。
未來高速列車需要的是一種能夠適應各種氣候、環境、速度、持續、穩定的提供海量數據的、互動、安全的方式。為此, 鐵道部提出了建立:基于無線傳輸信息, 并采用軌道電路等方式檢查列車占用, 點式設備傳送定位信息的列車控制系統, 即CTCS3級, 以及完全給以無線傳輸信息, 取消軌道電路的CTCS4級列車控制系統的設想。
在CTCS3系統中, 引進了無線閉塞中心 (RBC) , 結合架設的鐵路綜合數據業務網 (GSM-R) 用于傳輸列控信息。真正實現了車地之間的實時互動。然而, 軌道電路依然作為列車完整性檢查被保留下來。只有到了C T C S 4系統才會全部應用無線通信技術, 而徹底拋棄軌道電路。不過有一點是可以肯定的:軌道電路以其成熟的技術, 簡單、可靠的工作原理, 還將在相當長的一段時期內在我國鐵路應用技術裝備中占有一席之地。
軌道電路從出現至今的一百多年, 經歷了一條從出生, 到發展, 在到衰退的過程。如今, 它已今非昔比, 并且漸行漸遠, 也終將有一天退出人們的視線。但它的每一步變化, 都意味著鐵路技術裝備的一次飛躍。它的發展歷史也正是鐵路技術發展史的縮影。
摘要：為了滿足越來越高的鐵路運輸速度要求, 實現對列車運行速度的精確有效控制, 軌道電路的變革成其必然, 一種能夠適應各種氣候、環境、速度、持續、穩定的提供海量數據的、互動、安全的軌道電路方式CTCS2、CTCS3是滿足鐵路不斷追求高速、高可靠、高安全的結果。
軌道列車范文第5篇
關于高速列車橫風方面的新歐洲標準是基于“互聯互通技術規范(TSI)”(歐洲鐵路機構,2008年互聯互通技術規范;prEN 14067-6 2007)編寫的。在該規范中,提出利用特征風曲線(CWC),評價鐵道車輛在受到橫風作用時的安全值。CWC代表使車輛剛剛要突破具體安全限度所對應的限制風速。TSI中規定通過模擬車輛受湍流風影響下的時域動態響應,來評價列車的特征風曲線。這種方法的特點是,風的屬性是不變的,氣動力僅僅取決于平均風速和氣動力系數。這些系數(決定了CWC結果)靠風洞試驗獲得,僅基于兩種基礎設施情況:平地和6 m高的標準路堤。
按目前的狀態,從機車車輛的角度來看,TSI規范要求列車在操縱過程中,其特征風曲線必須滿足特定的限度值。從基礎設施的角度來看,基礎設施管理者需要去識別暴露于強風下的所有線路部分,并采取最適當的對策,以確保線路的安全運行。為了確定鐵路線上至關重要的有關地點,將當地風的特性信息和橫風作用下車輛的具體性能信息結合起來是很有必要的。另外,在發展適用于高速鐵路的合適的危險分析方法過程中,考慮基礎設施對氣動力系數的影響是極為重要的。
標準鐵路軌道的特點主要有兩種類型:高架橋和路堤。本文將介紹在TSI標準規定的基礎設施上(有碴軌道和無碴軌道以及6 m高路堤)和標準的意大利高架橋路面上,通過風洞試驗所測得的ETR 500列車的氣動力系數。
2 風洞試驗
采用ETR 500列車兩種比例模型進行了試驗。
(1)1∶10比例模型的平地試驗(有碴軌道和無碴軌道)以及6m高的標準路堤(圖1);
(2)1∶20比例模型的標準意大利高架橋試驗(圖2和圖16)。
所有的試驗都是在穩流條件下開展的,風向角βw的變化范圍是0°(風的方向與列車平行且相反)到90°(橫風)。對于每一種比例模型,都設計了用于測試動車和第1輛拖車氣動力的特定試驗裝置。
2.1 基礎設施方案模型
平地對應于列車運行在平坦的地形狀況下,這代表TSI標準中所規定的一種工況。為了獲得平均風速下的阻塞分布情況,將圓木臺(厚度s=0.01 m,半徑R=2.5 m)作為平地場景,安放在距離風洞地板0.3 m高度的地方(圖3)。圖4給出了在平地上測得的平均風速的垂直分布情況:邊界層的厚度十分低,其范圍取決于列車的延伸參數H列車,風速的變化范圍限定在δ95%,符合TSI的要求。試驗是在有碴軌道和無碴軌道的平地上進行的。單線有碴軌道的設計均符合CEN標準體系。
依照TSI規定的幾何形狀建造了1∶10比例的6 m標準路堤(見圖1):在該基礎實施方案下,對列車進行了迎風和順風試驗。最后,依照標準的意大利高速鐵路高架橋的幾何外形,設計了1∶20比例的高架橋模型,高架橋的全尺寸高度是6 m。
2.2 力的測試及參考系
采用六分量天平測試作用于1∶10比例動車模型和第1輛拖車上的氣動力。
圖5給出了使比例模型達到外力平衡的連接系統。外部的測力平衡連接到列車模型輪對的4個梁單元上。模型處于懸掛平衡狀態。轉向架和輪對均與實體具有相似的幾何外形,并與車體剛性連接。車輛模型外表面產生的氣動力僅通過4個連接單元傳遞到測力平衡裝置上。
1∶20比例的模型配備了六分量內力平衡裝置,用于測試模型在靜止及運行狀態下,產生于車體的3個氣動力和3個氣動力矩。如圖6所示,平衡裝置由2個水平板組成,2個水平板通過7個微型載荷應變傳感器連接在一起。4個垂向測力計設置在板角處,2個置于水平方向(關于y軸對稱),縱向傳感器沿側滾軸線方向布置。每個傳感器均通過鉸鏈連接到板上,以確保力僅在測試方向上傳遞。由于上板固定在車體結構上,下板通過彈性懸掛裝置連接到轉向架上,故該測力平衡裝置可測試所有作用于車體外表面上的作用力。
計算氣動力時,參考坐標系固定在車體上,坐標原點在軌道平面對應的車體中心處(見圖5)。X軸是縱向軸,沿車輛運行方向;Z軸是垂向軸,方向向上;Y軸與X軸、Z軸一起構成右手坐標系。根據CEN標準(EN 14067-1:2003),無量綱系數定義如下:
undefined
式(1)中:Fi(i=x,y,z)是作用于列車參考系上的氣動力分量(見圖5);Mi(i=x,y,z)是相對于P點的氣動力矩(見圖5);ρ——空氣密度;undefined——風速的平方均值;h= 3 m;S——標準的參考表面,等于10 m2。
3 平地上的氣動力系數
本節介紹平地狀況(有碴軌道和無碴軌道)下測得的ETR 500列車1∶10比例模型的氣動力系數。圖7給出了ETR 500列車在平地狀況下動車和拖車上所測得的、以風向角βw為自變量的氣動力系數。x、y、z的方向和圖5中坐標系的方向一致(符合CEN的約定)。
由動車測試數據可知,所有系數的最大值對應的角度介于55°～60°。從動車上所發現的這一趨勢在列車中的所有頭車上都非常典型,是氣流從細長體過渡到鈍體的特性。與此相反,在拖車上測得的縱向力、橫向力、垂向力和側滾力矩從0°到90°逐漸增大。此外,圖7還表明,在所有風向角下,第一輛車的側滾力矩系數均大于第二輛車的側滾力矩系數。另一方面,僅在10°～45°范圍內,動車的垂向力系數高于拖車。因此,頭車是最容易發生傾覆的,在傾覆危險性分析中只需要考慮頭車。
圖8給出了ETR 500列車的動車在平地和有碴軌道兩種情況下所測得的系數。由圖8可知,風向角βw在0～30°范圍內,垂向力系數和點頭力矩系數在平地和有碴軌道情況下存在明顯差異,這是由沿車輛方向的垂向力分布造成的。道碴的存在改變了氣流狀況,特別是改變了垂向力發生變化的底部區域的氣流,即在車輛較低部位的氣流因道碴的存在而使流動變慢,因此沖擊波壓力較低。
對于大的風向角βw來說,其他系數(橫向力、縱向力,側滾力矩、搖頭力矩)在平地和有碴軌道條件下的變化情況和前面所述的垂向力系數、點頭力矩系數的變化情況都是一致的,尤其表現在從細長體到鈍體的過渡區域。
4 基礎設施的影響
眾所周知,基礎設施的幾何外形會對鐵道車輛的氣動力響應產生影響。在本節中,將對比靜止模型在不同基礎設施狀況下所測得的氣動力系數,并將分析其對風速的影響。特別地,在平地情況下,對6 m高的標準路堤和典型的鐵路高架橋的氣動力系數進行了考慮和對比。采用風洞試驗揭示了列車在基礎設施上運行時將全尺寸列車縮小比例后的情形。風洞試驗中沒有考慮列車和基礎設施間的相對運動。這種簡化也是處理橫風作用下高速列車的標準所規定的(TSI),使得測量靜止模型氣動力的簡化試驗,比移動車輛試驗情形更具有優越性,當然這肯定不能模擬真正的流動狀況,特別是當場景尺寸規模與列車本身相當時,可能會影響到氣動力學性能。這種差異在某些情況下或許會變得極為重要,特別是在低風向角情況下,風洞試驗模擬展示的沿列車軸線的流動成分在全尺度情形下是不存在的。這種組成成分可能會干擾基礎設施,產生不現實的效果,從而影響氣動力的作用,特別是這些作用力會影響到列車的傾覆,目前尚無法量化,仍處于探索階段。
4.1 路堤
ETR 500列車的第1輛車在6 m高路堤上測得的側滾力矩系數和垂向力系數見圖9,圖9中同時給出了列車迎風側和列車背風側的測試結果。由圖9可知,在大的風向角情況下,迎風側、背風側的側滾力矩系數和垂向力系數差異較為明顯,但在低風向角情況下,上述兩個系數似乎對路堤上列車的位置并不是很敏感。
為了了解基礎設施場景對流動改變的影響作用,利用皮托管代替列車模型,在相應位置進行了試驗。在這些試驗中,測試了自由流(遠離場景)以及鐵路上方0.2 m高度處(對應的實際尺寸為2 m)的風速。
圖10為測試裝置概況,圖11給出了路堤上由皮托管測得的風速與風洞試驗測得的自由流的風速的比率與βw之間的函數關系。由圖11可知,路堤上上述比率值隨著風向角的增大而增大。比率值從風與軌道平行時的1,增加到風與軌道垂直時的1.3。
圖12給出了由ETR 500列車1∶10比例模型的動車測得的側滾力矩系數和垂向力系數,分為6 m高路堤(迎風)和無碴平地2種情形。需要特別指出的是,在計算路堤迎風側測得的氣動力系數時,考慮了來風速度測試位置的2種不同情況:“*”對應于無擾動流(自由流)風速計算出的氣動力系數,而“×”對應于路堤上方測試的風速計算出的氣動力系數(沒有列車,僅在列車相對應的位置上測試)。后者主要是基于風速增加對基礎設施影響方面的考慮。
圖12的數據結果證實了場景對列車氣動力學性能具有無可爭議的影響作用。在非擾動流風速情況下,列車在路堤上的側滾力矩系數不同于平地,對于小風向角同樣如此。需要特別指出的是,前者在風向角不超過40° 時一直大于后者,但在大風向角情況下,則前者小于后者。如果路堤場景下的側滾力矩系數評價的基礎是線路測得的風速,則側滾力矩系數非常接近于在平地上測得的側滾力矩系數。這表明,對于小風向角βw而言,是以軌道上方、小風向角(不大于35°)情況下測得的風速進行計算的,平地和路堤之間的側滾力矩的差距,完全可歸因于與路堤幾何外形相關的增速影響。該試驗結果表明,只要把路堤上方加速的風速作為氣動載荷來看,則完全可以只用平地上的氣動力系數來研究問題。上述風速增加所帶來的影響在有關文獻中已給出了有效公式。
再來回顧圖12,在大風向角的情況下,列車氣動力學性能受整個系統(列車和路堤)的幾何外形的影響,這時候的物理現象不能被簡化為僅僅考慮一個與速度影響有關的校正系數,因而必須考慮實際系統的幾何外形。在任何情況下必須牢記的是,對于高速列車,其風向角一般小于30°,對于限定的風速也是如此。因此,假定小風向角是進行具體路堤場景危險分析計算所采用的一種有效方法,計算中可以直接使用在風洞中測得的平地路況下的氣動力系數。另一方面,從圖12可以看到,在0～30°范圍內,平地上測得的垂向力系數CFz要低于在路堤上考慮了路堤上方風速影響時測得的CFz。筆者認為,在這種情況下,這兩種場景下的差距歸結于底部區域不同的邊界條件。
圖13同圖12一樣,給出了不同條件下氣動力系數CMx和CFz的對比結果,這是在6 m高路堤的背風面測得的數據。鑒于迎風面與背風面的氣動力系數不存在明顯的不同,結論與圖12對應的結論相同。
在相同的場景下對另一列高速列車也進行了相同的分析。圖14給出了由高速列車動車1∶10比例模型測得的側滾力矩系數和垂向力系數。與前述情況相同,對6 m高標準路堤情況下的氣動力系數進行了計算,同時還計算了無擾動流風速情況下,以及由路堤上方測試的風速情況下的氣動力系數。
同樣可以看到,對于該列車,由路堤上方風速情況下算出的側滾力矩系數和平地情況下算出的側滾力矩系數幾乎相同,但對應的風向角范圍有所減小,即0°至20°～25°之間。另一方面,對于垂向力系數而言,在考慮場景頂部風速的情況下,在0°～30°風向角范圍內,平地上和路堤上測得的垂向力系數吻合的不是太好,但在30°～45°風向角范圍內則吻合的很好。
綜上所述,在小風向角情況下,對平地上的側滾力矩系數而言,它與以路堤上方風速作為參考系所測得的側滾力矩系數基本上是等同的。該結論成立所對應的風向角范圍,則取決于列車的氣動力學性能。
對垂向力系數而言,通過修正加速流動的方法,并不能縮小路堤情況下與平地情況下的垂向力系數差距,因為垂向力系數很容易受到底部區域邊界條件的影響。
圖15給出了ETR 500動車在6 m高路堤情況下(迎風)和有碴軌道平地情況下的氣動力系數對比結果。由圖15可知,有碴軌道平地情況下的側滾力矩系數與無碴平地情況下的側滾力矩系數基本相同,因而無碴平地情況下的側滾力矩系數同樣可以擴展到有碴軌道平地情形。再看圖15,對垂向力系數而言,在無擾動流情況下,在30°～35°風向角范圍內,路堤上的垂向力系數和有碴軌道平地對應的垂向力系數具有很好的一致性。這一結果表明,路堤所引起的風速加快對垂向力系數影響并不顯著。在不同場景下所測試的垂向力系數的差異是由各場景下底部邊界條件所決定的。
4.2 高架橋
同樣,對于高架橋,為了評估高架橋1∶20比例模型對流場的影響,在無列車模型的情況下進行了試驗。如圖16所示,實驗設備主要由分布式探頭組成,探頭安裝在距軌道頂部0.2 m的高度上(對應的實際尺寸為4 m)。該裝置可以測試風速在三個方向的分量。另外,在試驗期間,上風向的風速是由設置在遠離高架橋的皮托管測試的。
為了突出有限邊界高架橋模型對流場的影響,高架橋前方分為設置鼻部以及無鼻部情況進行了試驗。
圖17(a)給出了由高架橋頂部分布式探頭測出的水平風速與由皮托管上風向測得的水平風速之間的比值(包括有鼻部和無鼻部),該比值是關于風向角的函數。
從這些試驗結果可以看出,除βw=0°和βw=5°外(這些地方,高架橋模型有限邊界的影響顯著),在βw=35°以下時,高架橋頂部的風速與上風向測試值是一樣的。另外,還可以觀察到高架橋頂部上方有鼻部和沒有鼻部情況下所測得的風速之間沒有什么差別。
圖17(b)給出了由設置在高架橋頂部的分布式探頭測出的風速的垂向分量與在高架橋上風向測出的水平風速的比值(包括有鼻部和無鼻部)。幾乎在所有的風向角范圍內,垂向分量與上風向風速之比低于5%。
總而言之,對所研究的高架橋而言,風向角在35°～40° 以下時,對實際尺寸來說,高于高架橋頂部 4 m 處測得的風速對與高架橋相關流場的影響可以認為是微不足道的。
圖18給出了ETR 500列車動車1∶20比例模型在高架橋上測得的迎風側和背風側的側滾力矩系數和垂向力系數,同時還給出了同一動車1∶10比例模型在無碴平地上迎風側和背風側情況下側滾力矩系數和垂向力系數的對比。以上風向風速作為參考對象,計算了與高架橋結構配置相關的氣動力系數。結果表明,當風向角βw=40°以內,平地上測得的側滾力矩系數與高架橋迎風側及背風側在所有風向角下的側滾力矩系數均吻和得很好。此外,對垂向力系數來說,風向角在βw=35°以內時,平地情況下測得的垂向力系數,要比高架橋迎風側、背風側測得的垂向力系數更為苛刻。
5 結論
通過風洞試驗測試了標準的2種TSI基礎設施場景(有、無道碴的平地和6 m高路堤)下的ETR 500列車的氣動力系數。
此外,為了更好地理解場景對氣動力學的影響,以2種典型的軌道基礎場景(路堤和高架橋)為例,在有、無車輛模型的情況下,進行了風洞試驗。由不同的車輛模型在路堤上的試驗結果得出的結論是:側滾力矩系數受到場景引起風速加速的影響。在小風向角的情況下,如果側滾力矩系數是以軌道上方的風速作為參考風速,則與平地上測得的系數值是相同的。
與此相反,有碴軌道的平地試驗結果表明,垂向力系數主要受底部區域邊界條件的影響,受流動加速的影響并不顯著。事實上,在小風向角的情況下,路堤上測得的升力系數與有碴軌道平地試驗所測得的升力系數幾乎相同。
最后,無列車模型的典型意大利高架橋的試驗結果顯示,在風向角不超過40°的情況下,與高架橋相關的流場的作用可以認為是微不足道的。在相同的風向角范圍內,相應的側滾力矩系數與在平地上測得的側滾力矩系數差異不大。
參考文獻
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軌道列車范文第6篇
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復習并提問后橋裝配圖，每人均回答識圖提問。
二、概述行駛系故障診斷與排除(35')
行駛系常見故障主要有鋼板彈簧異響、鋼板彈簧折斷、鋼板彈簧移位、減振器失效和輪胎異常磨損等。
1、鋼板彈簧異響 1)故障現象
汽車行駛中鋼板彈簧發出撞擊響聲，振動增大。 2)分析與診斷
(1)鋼板彈簧銷、襯套、吊環等磨損過量，零件間的間隙增大。
(2)鋼板彈簧疲勞變形。
(3)行駛時振動使鋼板彈簧與零件或車架發生撞擊而產生異
1 響。
(4)個別鋼板疲勞折斷。 3)故障排除
(1)檢查鋼板彈簧銷。 (2)測量鋼板彈簧弧高。
2、鋼板彈簧折斷 1)故障現象
(1)停車檢查時，車身一側傾斜。 (2)行駛又跑偏現象。 2)分析與診斷
(1)汽車超載、超速行駛;轉彎車速過快;負荷突然增加。 (2)裝載不均勻。
(3)鋼板彈簧U形螺栓松動。
(4)更換的鋼板彈簧片曲率與原片曲率不同。 (5)緊急制動過多，尤其滿載下坡時使用緊急制動。 (6)鋼板彈簧銷、襯套和吊環之間磨損過量。 3)故障排除
(1)將空載、輪胎氣壓正常的汽車，停放在平坦的場地上，
2 若汽車向一側歪斜，則歪斜一側的鋼板彈簧有故障。 (2)清除鋼板彈簧表面的污物，檢查裂紋或斷裂情況。 (3)檢查鋼板彈簧銷、襯套及吊環支架是否松曠。 (4)檢查曾更換的鋼板彈簧去率是否符合規定。 (5)檢查鋼板彈簧U形螺栓是否松動。
3、鋼板彈簧移位 1)故障現象
汽車行駛中，有斜扭感覺，轉動轉向盤左、右輕重不一，有時跑偏。 2)分析與診斷
(1)鋼板彈簧U形螺栓松動、脫扣。 (2)鋼板彈簧中心螺栓折斷。 (3)鋼板彈簧與車軸間的定位失準。 3)故障排除
(1)測量左、右兩側軸距是否符合規定。
(2)檢查鋼板彈簧U形螺栓若有松動、脫扣，按規定擰緊或更換脫扣的螺栓及螺母。 (3)檢查中心螺栓是否折斷。
3 (4)檢查鋼板彈簧定位失準原因。
4、減振器失效 1)故障現象
汽車在不平穩路面上行駛時，車身強烈振動并連續跳動。 2)分析與診斷
(1)減振器連接銷脫落。
(2)減振器油量不足或內有空氣。
(3)減振器閥瓣與閥座貼合不良，密封不良。 (4)減振器活塞與缸壁磨損過量。 3)故障排除
(1)檢查減振器連接銷、連接桿、橡膠襯套連接孔是否有損壞、脫焊、脫落、破裂之處。 (2)察看減震器外部有無滲漏油跡。 (3)檢查減振器有無卡塞。
5、輪胎異常磨損 1)故障現象
輪胎出現非正常磨損，如正面一側快速磨損。 2)分析與診斷
4 (1)前輪外傾角、前輪前束不符合要求。 (2)前軸、車架或轉向節變形。
(3)橫、直拉桿球頭銷、球頭銷座磨損松曠。 (4)鋼板彈簧U形螺栓松動。 (5)車輪輪轂軸承磨損松曠。 (6)輪胎不平衡量過大。 (7)輪胎氣壓不正常。
(8)左、右輪胎尺寸規格不一。 3)故障排除
(1)檢查輪胎氣壓。 (2)檢查輪胎尺寸。
(3)檢查鋼板彈簧U形螺栓是否松動。
(4)檢查前輪外傾角、前輪前束是否符合要求。
(5)檢查轉向節主銷與襯套間隙，輪轂軸承間隙是否過大。
二、轉向系故障診斷與排除(30')
轉向器常見故障有：轉向沉重、行駛跑偏、轉向輪擺動和動力轉向系故障。
1、轉向沉重
5 1)故障現象
轉動轉向盤，感到沉重。 2)分析與診斷
(1)轉向器內缺油或過臟。
(2)轉向螺桿兩端軸承調整過緊或軸承損壞。 (3)轉向螺母與搖臂軸齒扇嚙合過緊。
(4)轉向器、轉向節主銷、軸承襯套部位缺油或調整過緊。 (5)橫、直拉桿球頭銷部位缺油或調整過緊。 (6)轉向節止推軸承缺油、損壞、調整過緊。
(7)前輪定位失準，主銷后傾角過大或過小，內傾角過大，前輪前束調整不當。
(8)轉向橋、車架彎曲、變形。 (9)鋼板彈簧撓度和尺寸不符合規定。 (10)輪胎氣壓不足。 3)故障排除 (1)檢查轉向盤。
(2)檢查輪胎氣壓是否過低，前輪定位是否符合要求，前鋼板彈簧是否良好，前軸、車架是否變形。
6 (3)檢查故障轉向傳動機構和個球頭銷裝配是否過緊。 (4)檢查轉向器。
2、行駛跑偏 1)故障現象
駕駛員必須緊握轉向盤方能保持直線行駛，若稍微放松轉向盤，汽車便自行跑到一邊。 2)分析與診斷
(1)前輪左、右輪輪胎氣壓不一致，前鋼板彈簧左、右彈力不一致。
(2)一側前輪制動器制動間隙過小或輪轂軸承過緊。 (3)兩側主銷后傾角或車輪外傾角不相等，前束不符合要求。 (4)有一側鋼板彈簧錯位或折斷。 (5)轉向節臂變形。 (6)轉向橋或車架變形。 3)故障排除
(1)檢查左、右輪氣壓是否一致。
(2)用手觸摸跑偏一邊的制動鼓和輪轂軸承是否過熱。 (3)檢查鋼板彈簧是否折斷或彈力不均。
7 (4)檢查前束是否符合要求，兩前輪主銷后傾角、前輪外傾角是否相同。
(5)檢查左、右軸距是否相等，轉向橋和車架是否變形。
3、轉向輪擺動 1)故障現象
(1)汽車在行駛時，轉向盤抖動，轉向操縱不穩。 (2)前輪搖擺，嚴重時方向難以控制。出現汽車蛇形行駛現象。
2)分析與診斷
(1)轉向器螺桿兩端軸承嚴重磨損，間隙較大。 (2)轉向節主銷與襯套磨損嚴重，配合間隙過大。 (3)橫、直拉桿球頭銷幾座磨損，是球關節松曠。 (4)轉向搖臂與搖臂軸的禁固螺栓、螺母松動。 (5)前輪輪轂軸承松曠、固定螺母松動。
(6)前輪前束過大，車輪外傾角、注銷后傾角過小。 (7)前軸彎曲，車架、前輪輪輞變形。
(8)前輪外胎由于修補或裝用翻新胎失去平衡。 (9)減振器失效，前鋼板彈簧剛度不夠。
8 3)故障排除
(1)檢查轉向器螺桿與指銷嚙合間隙是否過大。 (2)檢查轉向傳動機構。
(3)檢查前輪軸承松曠或轉向節主銷與襯套間隙。(4)檢查前輪前束。
(5)檢查鋼板彈簧及減振器。 (6)檢查車架及前軸。
4、動力轉向系故障 1)故障現象
(1)發動機在各種轉速下均無轉向助力作用。 (2)轉向突然沉重。 (3)左、又轉向力不一。 2)分析與診斷 (1)油泵傳動帶過松。
(2)油泵油罐內液面過低，油液臟污。 (3)轉向動力缸內有空氣。 (4)驅動油泵有故障。
(5)濾清器堵阻、供油管路接頭漏油。
(6)安全閥漏油、彈簧過軟或調整不當。 3)故障排除
(1)檢查油泵傳動帶是否過松。 (2)檢查油罐內液面是否過低。 (3)檢查油罐內油質。
(4)檢查調節螺釘、轉向齒輪嚙合是否過緊。
(5)經上述檢查后，故障仍不能排除，應對驅動油泵進行檢修。
【課堂小結】 (10')
本節課主要講述了行駛系與轉向系的常見故障的現象，并逐一進行診斷與分析，從而進行故障的排除。 【布置作業】 (5')
實習報告：1.EQ1092型汽車前懸架的拆裝維護步驟。
作業本：
1.行駛系的主要作用是什么?