云巴系统线路最小坡段长度参数的探讨.pdf

:./.云巴系统线路最小坡段长度参数的探讨收稿日期:作者简介:王泽欣()男硕士工程师从事城市轨道交通线路设计、总体规划工作王泽欣(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京)摘 要:列车乘坐舒适度是城市轨道交通设计过程应首先考虑到的因素 其中线路最小坡段长度的选取对于其有着重要影响 而对于云巴系统来说目前相关规范未对线路最小坡段长度做出明确的规定 参考跨坐式单轨等城市轨道交通制式线路最小坡段长度的计算方法结合云巴系统自身的技术特点通过动力学软件仿真分析与计算得出云巴系统线路的最小坡段长度的取值 综合考虑影响最小坡段长的多种因素包括远期列车长度、竖曲线半径及切线长度等可以得出云巴系统的最小坡段长度一般情况下可以取 困难情况下可以取 关键词:云巴最小坡段长度夹坡段长度竖曲线切线长坡度代数差中图分类号:.文献标识码:文章编号:()引言云巴系统作为城市轨道交通中低运量制式的一员具有诸多优势 云巴工程投资低可降低快速公共交通系统发展初期的投资门槛在较小的财务风险下提前实现交通供给同时也可以最大程度上避免对城市地面交通及路权资源的占用保证地面交通系统不受大的影响舒适度作为城市轨道的一个重要的指标云巴系统应重点考虑 由于列车通过变坡点时会产生附加力和附加加速度设计较长的坡段有利列车平稳性 但实际工程中会遇到诸多工程控制点较长坡段对其适应性不强 故应综合选取合适的坡段长度 云巴简介云巴车辆采用橡胶车轮沿 型轨道梁上方行走的中小运量交通系统其导向轮镶嵌于轨道梁的内侧主要采用高架敷设建设周期短成本低使用橡胶轮胎驱动及导向线路半径小坡度大地形适应性好运营噪声低、振动小造价相对较低 参照贵州省住建厅颁布的/胶轮有轨电车交通系统设计规范云巴系统车辆的主要技术参数如表 所示表 云巴车辆主要技术参数表序号名称车辆类型 车 车备注 头车 中间车最小转弯半径/车体长度 轴距 地板距走行面高度最高运行车速/列车舒适度分析列车舒适度主要与列车未被平衡水平向的离心加速度 和垂向离心加速度 有关本文主要分析垂向离心加速度.坡度代数差列车经过线路纵断面的变坡点处(见图)会产生瞬时的冲击加速度影响旅客的乘车舒适度 为分析不设置竖曲线对导轨式有轨电车动力学响应的影响利用动力学软件进行以下仿真 图 1车轮经过变坡点示意图lLR当坡道不设置竖曲线时车辆通过变坡点时会产生一定的冲击坡度代数差越大则车体垂向振动响应越剧烈 当坡度为时车体垂向响应幅值为./满足舒适度要求坡度为 时车体垂向响应幅值为./超过舒适度允许值(见图)图 2无竖曲线不同坡度代数差下车体垂向响应10.50-0.5-1024681012车体垂向加速度/（m s-2）时间/si=4i=5i=6不设置竖曲线的临界条件为坡度代数差为 则 /.参照国内有轨电车车轮直径最大一般在 左右则 因此可以求出 ()/.得 .临界值的坡度代数差走行第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .轮在经过变坡点时与走行轨的最大距离也很小仅为.走行轮使用实心橡胶轮车轮具有一定的弹性能更好的适应变坡点折角突变同时在传统轨道交通普通轨道的纵距为 左右而不设置竖曲线时通过后期施工运营维护中变坡点处能自然的形成竖曲线而云巴系统在不设置竖曲线时走行轮到变坡点的距离最大为.远小于 因此可以认为不设置竖曲线时走行轨能自然的形成竖曲线车轮顺利通过因此两相邻坡段的坡度代数差不小于 时应设圆曲线型的竖曲线连接.竖曲线半径参考地铁、单轨、公路等交通设计规范 竖曲线线型宜采用圆曲线形 列车在通过竖曲线时产生的竖直向上或者向下的离心加速度不应大于旅客舒适度要求的加速度允许值 由此限制竖曲线半径的计算公式为:.其中 为设计车速/为竖曲线半径为垂向离心加速度允许值/各制式竖曲线上的垂向离心加速度允许值如表 所示表 各制式竖曲线上的垂向离心加速度允许值制式最高车速/()垂向离心加速度允许值条件/()高速铁路.城际铁路一般.困难.中低速磁浮一般.困难.地铁一般.困难.一般.困难.结合行业经验建议云巴系统车辆垂向离心加速度允许值 一般条件下取值./困难取值为./分析竖曲线半径对车辆动力学响应的影响仿真计算参数:行车速度 /坡度 竖曲线半径分别取 不考虑轨道随机不平顺 分别计算不同半径对车体垂向振动加速度和轮轨力的影响结果如图 图 所示)随着竖曲线的半径增大车体的垂向加速度幅值逐渐减小从舒适度评价指标来看增大竖曲线半径舒适度指标逐渐减小因此选取较大半径的圆曲线均有利于行车的安全性和舒适性)计算取整得云巴系统线半径一般取 困难条件下取 (见表)图 3不同竖曲线半径车体垂向加速度结果10.50-0.502468车体垂向加速度/（m s-2）时间/sRz=2 000 mRz=1 000 mRz=500 m图 4不同竖曲线半径下走行轮径向力结果31302928272602468走行轮径向力/kN时间/sRz=2 000 mRz=1 000 mRz=500 m表 不同工况下竖曲线半径限值设计速度/()一般条件/()竖曲线半径/困难条件/()竖曲线半径/.竖曲线最小长度竖曲线的最小长度与相邻竖曲线间夹直线长度的确定方法一致关键性因素为行车速度和车体垂向振动的衰减时间竖曲线长度与夹坡段长度确定原则一样主要有两个原则:一是舒适度二是安全性 以夹坡段为例其中舒适度主要考虑车辆在前一个竖曲线产生的振动衰减后再进入第二个曲线不致两个曲线的振动叠加按照这一要求夹坡段的长度就是振动衰减所需的距离 安全性为轮轨的几何关系保证车辆任何时候都不跨越两种线型按照这一要求夹坡段长度原则上不小于一节车辆长度 故竖曲公式为:.其中为最高运行速度/为竖曲线长度 为振动衰减周期次数为垂直振动周期其中参数 和 与车辆的结构和二系悬挂的特性有关 根据云巴系统列车悬挂参数计算出其车体垂向振动(沉浮振动和点头振动)频率在.左右振动周期约为.且振动响应的衰减在两个周期内基本完成即 因此以云巴系统列车两个垂向振动周期的运行距离定义夹坡段的最小长度换算为长度即为.同时为了避免一节车同时跨越两个线型要求最小夹坡段长度不应小于一节车长度即 根据以上分析建议夹坡段直线的最小长度为一般 第 卷 第 期 年 月 王泽欣:云巴系统线路最小坡段长度参数的探讨地段 困难地段 .竖曲线最大切线长分析竖曲线切线长可由下列公式可得:竖曲线切线长和坡度代数差与竖曲线半径的大小有关 列车经过变坡点的时候产生垂向力和垂向加速度通过竖曲线连接相邻坡段能够有效减缓车辆振动和垂向加速度 然而当坡度代数差太大时(例如反向大坡度坡段)列车交替加速减速影响列车行驶平稳性与乘客舒适性 综合考虑乘客舒适性、降低养护维修和运营费用等方面应当对坡度代数差的最大值做限制 参照普速铁路、跨坐式单轨、中低速磁浮等制式的常规做法建议 则由上式可得一般情况下 困难情况下 最小坡段长度.最小坡段长度分析若采用较短坡段长度工程上能够更好适应地形但会降低列车运行平稳性降低乘客舒适度 故坡段长度既要考虑降低工程量又要满足列车平稳运行的要求坡段长度由相邻竖曲线的切线长度和夹坡段直线长度构成如图 所示图 5坡段长度的构成LXLpTSH2RSHTSH1RSHL由于 .得:()其中为坡段长度为前一竖曲线切线长为后一竖曲线切线长 为夹坡面长度为夹坡段长度 为该坡段坡度角 为该坡段坡度 计算可得一般 困难.列车不同时跨两个变坡点云巴系统列车线路的最小坡段长度应满足其不小于云巴列车长度的要求以避免变坡点附加力的叠加影响和附加力的频繁变化保证行车的平稳云巴采用全动车设计编组灵活可根据不同的运量需求选择 节 节车辆自由编组每节车厢 个单轴转向架连接的两节车厢之间设有贯通道和车钩 其中 车长度为 车长度为 (见图)考虑到远期 辆编组的目标建议云巴线路最小坡段长度不小于.8 0008 0008 0002 7002 1004 2003 8002 1004 2003 8004 2002 1003 8004 2002 1002 700图 6云巴 4 编组列车1 0001 0008 3001 0007 00033 600单位：mm.最小坡段长度的取值综合分析竖曲线的切线长度与夹坡段的直线长度确定的最小坡段长度列车长度(不同时跨越两个变坡点)所确定的最小坡段长度得到云巴系统线路的最小坡度长度:一般情况为 困难情况为 结语本文结合跨坐式单轨等制式的线路最小坡段长度的确定方法与云巴系统自身的技术特点确定了云巴系统线路的最小坡段长度 本文所确定的一般 困难 的最小坡段长度参数已在武汉黄陂云巴可行性研究中得到应用得到专家认可 而现运营的璧山云巴 号线由于采用参数偏小车辆经过时突变振动明显 全国运营的云巴的线路里程较短缺乏一定的实践经验最小坡段长度的取值还需在以后实践中进一步验证和完善参考文献:贵州省住房和城乡建设厅.胶轮有轨电车交通系统设计规范:/.贵阳:贵州省住房和城乡建设厅.冯慧淼.市域铁路纵断面标准研究.铁道工程学报():.刘培龙.北京轨道交通区域快线规划设计思考.山西建筑():.庞雪峰.云巴胶轮导轨电车系统车辆基地工艺设计.城市轨道交通研究():.国家铁路局.铁路线路设计规范:.北京:中国铁道出版社.中华人民共和国住房和城乡建设部中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.地铁设计规范:.北京:中国建筑工业出版社.中华人民共和国住房和城乡建设部中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.坐式单轨交通设计标准:.北京:中国建筑工业出版社.申雄.高速客运专线纵断面设计参数对车线动力响应影响研究.北京:北京交通大学.温馨.城市轨道交通线路纵断面设计优化方法研究.北京:北京交通大学.(下转第 页)第 卷 第 期 年 月 山西建筑 (郊)铁路的发展对于促进市域间联系、实现都市圈核心区及周围卫星城镇可持续发展具有重要意义 西安都市圈市域(郊)铁路规划发展要采用立足需求、适度超前、重点突出、差异化发展、整合资源、共享高效、多网融合、一体化运营的策略以期实现市域(郊)铁路规划建设、运营的可持续发展参考文献:康乔娜鲁娇妍.到 年基本建成现代化的西安都市圈.西安日报:.李明.对我国市域(郊)铁路的概念及若干问题思考.铁道工程学报():.刘培龙.北京轨道交通区域快线规划设计思考.山西建筑():.何鹏飞.西安都市圈多层次轨道交通发展研究.现代城市轨道交通():.()(.):.().()()().:()(上接第 页)黄义桐.中低速磁浮交通线路最小坡段长度研究.城市轨道交通研究():.罗培根.空中快客线路平纵面参数研究.成都:西南交通大学.(.):.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑