地铁正线40.0‰最大坡度对行车特性的影响

王仲林; 曾勇; 易思蓉

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20200025

地铁正线40.0‰最大坡度对行车特性的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200025

王仲林^1,,
曾勇^2,3, ,,
易思蓉^2,3

基金项目: 四川省科技计划（2019YFG0460）

详细信息

作者简介:
王仲林（1981—），男，高级工程师，研究方向为城市轨道交通规划设计与总体技术管理，E-mail：wangzhonglin@dtsjy.com

通讯作者:
曾　勇（1978—），男，副教授，研究方向为轨道交通线路设计理论与方法，E-mail：zengy@swjtu.edu.cn

中图分类号: U212.3
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出版历程
- 收稿日期: 2020-01-12
- 修回日期: 2020-03-23
- 网络出版日期: 2020-04-01
- 刊出日期: 2021-10-15

Influence of 40.0‰ Maximum Gradient of Metro Main Line on Running Characteristics of Trains

WANG Zhonglin^1
,,
ZENG Yong^{2,3
, ,},
YI Sirong^2,3

摘要

摘要: 地铁线路穿越山岭或跨江渡河时，适当提高正线最大坡度标准有利于减少建设成本、降低设计和施工难度. 为了研究地铁正线40.0‰ 最大坡度取值的可行性，结合苏州市轨道交通8号线车线系统特点，采用理论分析、列车纵向动力学、车辆-线路系统动力学以及有限元等方法，从动车功率、列车起动与制动能力、故障列车救援、列车运行状态与动力特性、轨道力学特性等方面分析了地铁正线40.0‰ 最大坡度对行车特性的影响. 研究结果表明：当采用4动2拖B2型车时，地铁正线最大坡度值可采用40.0‰；列车通过40.0‰ 大坡道地段时，行车安全性、平稳性、列车起动制动以及故障救援能力均能满足要求；钢轨所受最大应力仅为容许应力的37%，纵向最大位移值仅为0.443 mm.
- 地铁 /
- 正线 /
- 最大坡度 /
- 安全性 /
- 平稳性 /
- 行车特性
Abstract: When metro lines cross mountains or rivers, properly increasing the maximum slope standard of the metro main lines will help reduce costs and difficulties of design and construction. In order to study the feasibility of applying the maximum gradient value of 40.0‰ on the metro main line, combined with the vehicle-track system properties of Suzhou Rail Transit Line 8, the influence of the 40.0‰ maximum gradient value on the running characteristics of trains was analyzed from the power of motor car, starting and braking capacity of trains, rescue of failed trains, train running status and dynamic characteristics, and track mechanical characteristics, by using theoretical analysis, train longitudinal dynamics, vehicle-track system dynamics, and finite element method. Results show that the maximum gradient of a metro main line can be 40.0‰ when the B2 type vehicle with 4 motors and 2 trailers is used; when the train passes through the 40.0‰ ramp section, the running safety, stability, starting-braking and fault rescue ability of the train meet the requirements; the maximum stress of the rail is only 37% of the allowable stress, and the maximum longitudinal displacement is only 0.443 mm.
- metro /
- main line /
- maximum gradient /
- safety /
- stability /
- running characteristics

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图 1 最大坡度可行性分析总体思路

Figure 1. Overall framework of feasibility analysis of maximum gradient

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图 2 线路设计方案

Figure 2. Alignment design scheme

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图 3 列车纵向动力学仿真模型

Figure 3. Train longitudinal dynamics simulation model

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图 4 40.0‰坡道所处区间速度-距离与时间-距离曲线

Figure 4. Speed-distance and time-distance curves of the section with a 40.0‰ ramp

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图 5 救援路段速度-距离及时间-距离曲线（40.0‰ 坡道起点—娄中路站）

Figure 5. Speed-distance and time-distance curves of the rescue section (from the starting point of 40.0‰ ramp to Louzhong road station)

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图 6 紧急制动时最大纵向力随分坡平段长度变化规律

Figure 6. Variation of the maximum longitudinal force with the length of gradient section during emergency braking

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图 7 车辆-线路系统动力学模型

Figure 7. Vehicle-track system dynamics simulation model

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图 8 40.0‰下坡地段钢轨纵向位移

Figure 8. Longitudinal displacement of rail in downhill area with 40.0‰ gradient

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表 1 B2型车技术参数

Table 1. Technical parameters of B2 type vehicle

项目	技术参数
最高运行速度/ （km•h⁻¹）	80
车辆自重/t	动车：35；拖车：32
车辆载荷/t	动车：19.5；拖车：17.4
列车总重/t	空车：204.0；定员：291.2；超员：316.8
列车起动牵引力/kN	空车：254；定员：356；超员：384

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表 2 动车功率确定的最大坡度

Table 2. Maximum gradients determined by the power of motor vehicles

工况	列车载客状态	列车通过坡段最大速度/（km•h⁻¹）	最大坡度/‰
1	超员	80.0	37.6
2	超员	79.0	39.1
3	超员	78.0	41.6
4	定员	80.0	42.0

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表 3 起动能力允许的最大坡度

Table 3. Maximum allowable gradients determined by starting capacity

工况	起动牵引力/kN	黏着牵引力/kN	最大坡度/‰
动力正常	384	382.66	106.0
动力损失1/4	288	287.82	76.0
动力损失1/2	192	192.24	45.0

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表 4 空车救援故障列车能力允许的最大坡度

Table 4. Maximum allowable gradients determined by empty train rescue capability

救援方法	起动牵引力/kN	黏着牵引力/kN	最大坡度/‰
1	254	247.06	33.0
2	254	287.82	34.0
3	254	246.91	47.0
4	384	384.27	59.0

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表 5 列车动力正常时的制动能力

Table 5. Train braking capacity under normal power

速度/ （km•h⁻¹）	电制动力/kN	列车运行阻力/kN	加速力/kN	电制动减速度/（m•s⁻²）
10	352	7.540	124.312	0.675
20	352	8.994	124.312	0.679
30	352	11.418	124.312	0.686
40	352	14.812	124.312	0.696
50	352	19.175	124.312	0.708
60	352	24.508	124.312	0.724
70	352	30.811	124.312	0.742
80	352	38.083	124.312	0.763

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表 6 故障列车停放制动能力

Table 6. Braking capacity of fault train on parking kN

载客状态	考虑安全余量后所需停放制动力	故障列车可提供制动力
超员	235.016	290.88
定员	223.464	290.88
空车	184.114	290.88

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表 7 大坡度地段平竖曲线叠加时车辆平稳性指标

Table 7. Stability index of vehicles in large gradient section with overlayed horizontal and vertical curves

曲线半径/m	横向平稳性		垂向平稳性
曲线半径/m	空车	重车	空车	重车
250	1.357	1.351	0.831	0.819
500	1.371	1.304	0.938	0.923
1 000	1.335	1.282	0.932	0.921
2 000	1.288	1.257	0.918	0.919
4 000	1.128	1.181	0.908	0.904

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施引文献

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