400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采用5个特征参数衡量各区域内列车风速度的变化,探讨列车编组长度和隧道长度对列车风的影响。研究结果表明:隧道内列车风时域变化特征受列车运行位置和隧道内压力波传播的显著影响;列车风正峰值会随着列车编组长度、列车速度的增大而增加,且峰值到达时刻分别延后和提前,8车编组对应的列车风正峰值相较于3车编组时增加68.75%,400 km/h时的列车风正峰值相较于300 km/h时增加22.65%;同种隧道长度下的列车风速度最大正峰值出现在隧道中点位置处,且此处的波动更为剧烈复杂,主要是压缩波和膨胀波叠加得更加频繁。长隧道内压力波系叠加对列车风速度峰值的影响减弱,当隧道长度达到3 km时,列车风正峰值相较于1 km长度时下降30.70%。

400 km/h高速铁路直立式声屏障降噪效果及安全性研究

开展400 km/h高速铁路噪声影响研究是践行“交通强国”战略的有力举措。为研究400 km/h高速铁路噪声特性及辐射源强,获取现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下降噪效果及适应性,采用有限元模型进行仿真计算,模拟计算400 km/h高速铁路噪声源强并进行组成分析,对高速铁路通用的直立式声屏障降噪效果、耐久性、安全性等进行分析研究,对目前直立式声屏障适应性提出实施建议。研究表明:高速列车以速度400 km/h运行时,距离铁路外轨中心线25 m、轨上3.5 m处,桥梁段总声级为97.8 dB(A),路基段总声级为96.7 dB(A),气动噪声大于轮轨噪声;提出现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下插入损失为2.7~8.9 dB(A);在安全方面,提出立柱底部螺栓养护年限;针对目前铁路直立式声屏障通用图适用性进行分析,提出结构安全优化建议。研究结果可指导400 km/h高速铁路噪声影响分析及直立式声屏障设计工作。

400km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置。

400km/h高速列车头型对隧道初始压缩波影响初探

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-w湍流模型,探索时速400 km/h高速列车头型对隧道初始压缩波的影响。针对目前国内研发的某型CR450动车组,本文研究2个鼻长均15 m和1个鼻长22 m的拟议新头型,分析在我国现有隧道条件下3种不同头型列车以400 km/h驶入时产生的初始压缩波基本特性;最后分析了不同车速(350 km/h、400 km/h、450 km/h)驶入隧道时对初始压缩波最大压力梯度值的影响。对比距隧道入口72 m处隧道内测点的压力与压力梯度值,结果表明:2个鼻长15 m头型列车对应产生的初始压缩波波形和最大压力梯度值基本一致;相比于鼻长15 m头型,鼻长22 m头型对应产生初始压缩波波形有着明显区别,且最大压力梯度值较之降低约27%;列车速度越高,对应产生初始压缩波最大压力梯度值则越大,但缓冲结构的缓解作用越不明显。研究结果对新一代高速列车头型设计和气动性能比选具有实际性的参考价值。

400 km/h高速铁路实现3 min追踪间隔时间技术条件分析

400 km/h高速铁路将是我国未来高速铁路发展的重要方向,而实现列车3 min追踪间隔是建设400 km/h高速铁路亟需解决的关键问题。为解决上述问题,本研究通过理论分析与仿真实验分析了400 km/h高速铁路实现3 min追踪间隔时间所需达到的技术条件。理论分析阶段,根据我国高速铁路目前采用的闭塞防护技术,分别分析了列车出发、区间和到达3类追踪间隔的计算方法与影响因素,并结合线路实际设计、运营情况和敏感性分析筛选出具有优化价值的关键影响因素。仿真实验阶段,利用计算机仿真建立多因素列车追踪运行仿真模型,以实现列车3 min追踪间隔为目标,运用控制变量法分析得到了整套技术条件。研究成果对于研究实现400 km/h高速铁路3 min追踪间隔时间具有一定参考意义。

面向3min追踪间隔的400 km/h高速列车追踪过程仿真分析

将高速铁路运营速度提高至400km/h有利于提升旅行速度和旅客运输效率。但速度提高会影响追踪间隔,导致能力降低。在梳理高速铁路列车追踪间隔影响因素的基础上,构建了基于距离步长的高速铁路列车追踪运行多智能体仿真模型。通过仿真实验,计算了不同目标速度下的追踪间隔,并分析了各种追踪间隔随目标速度变化的趋势,以及出发及到达追踪间隔对列车牵引制动性能提升的响应情况。实验结果表明,在目标速度400km/h和采用中国标准动车组为基础模拟的牵引制动性能的仿真场景下,列车的区间追踪间隔在3min以内,而出发追踪间隔和到达追踪间隔均大于3min;若提升列车牵引加速度与制动减速度,则可以使列车出发及到达追踪间隔控制在3min以内。

400 km/h高速铁路通过能力计算方法研究

本文旨在研究全高速模式下基于扣除系数法的400 km/h高速铁路的通过能力计算方法。首先,对不同运行图铺画方式下的扣除系数进行了深入分析,并确定了其计算方法。在群组中列车数量一定的情况下,停站数量较少时按停站列车成组铺画不越行,扣除系数较小;停站数量较多时按成组不停站列车越行停站列车铺画,扣除系数较小。然后,进一步提出了基于扣除系数法的通过能力计算方法,并对影响通过能力的主要因素进行了敏感性分析。结果显示,区间追踪间隔时间的变化对通过能力的影响最为显著。此外,本文还探讨了扣除系数与400 km/h高速铁路列车和线路间的内在联系,并通过构造算例,验证了计算方法的正确性和有效性。这一研究为提高高速铁路的运营效率提供了理论支持和实践指导。

400 km/h高速列车受电弓气动噪声分析

为明确高速列车受电弓系统气动噪声特性及其与流场的关系,建立了受电弓全尺寸模型和缩比子域模型,采用大涡模拟、声扰动方程和FW–H方程预测400 km/h升弓状态下的流场和声场,并基于FW–H方程反演声源分布,基于降阶模型分析底座湍流压力和声压能量分布。研究表明:当来流速度为400 km/h时,以受电弓整体作为声源,远场噪声标准测点的总声压级可达88.1 dB(A),在283、576 Hz附近存在明显峰值,峰值频率对应的斯特劳哈尔数Sr(特征长度取受电弓方杆当量直径41 mm)分别为0.10和0.21;底座湍流压力和声压的前2阶模态能量占比分别为4.5%和3.3%、40.9%和14.0%,且分布呈一定对称性;对于底座,在300 Hz以下频段,全尺寸模型的压力级高于缩比模型,在1 kHz以下频段,全尺寸模型的声压级高于缩比模型;在全频段内,基于全尺寸模型得到的远场测点声压级都高于缩比模型。

国外400km/h以上高速铁路综合试验研究

介绍国外400km/h以上高速铁路综合试验的相关情况,分析国外高速铁路综合试验对我国更高速度高速铁路综合试验的参考意义。针对日本新一代ALFA-X试验车、德国新型VelaroNovo试验车以及法国V150试验车的高铁综合测试项目,分析国外高速铁路综合试验开始前的车辆设计和线路准备工作、试验内容及试验目的。国外高速铁路综合试验测试了400km/h以上试验速度条件下的新型车辆和基础设施的安全性、可靠性及舒适性,并对高速铁路新装备、新技术、新理念的应用进行了验证,其试验结果可为我国高速铁路技术创新及更高速度综合试验提供有价值的参考。

基于集装箱运输的200 km/h客货共线铁路货运功能实现研究

我国有一批以200 km/h标准设计的客货共线铁路,但在实际运营中存在货运设施闲置、货运功能发挥不充分的情况,在铁路高质量发展要求下,亟需推动其货运功能的实现。近年来,随着高附加值白货运输需求的增长和“一带一路”倡议的实施,铁路集装箱运输迎来良好的发展机遇。从普通货物列车与动车组共线运行存在的问题出发,结合集装箱运输载重低、密闭性好、速度快、装卸标准化、运输直达化等特点及最新管理规定,分析上线运行集装箱班列对客货共线问题的优化,并从路网层面分析200 km/h客货共线铁路在集装箱运输通道中的比例,最后提出推动200 km/h客货共线铁路实现货运功能的相关建议。研究表明,200 km/h客货共线铁路上线集装箱班列具备可行性和客观条件,能有效推动其货运功能的实现。

160 km/h动力集中动车组开行服务范围影响因素及对策研究

研究160 km/h动力集中动车组开行服务范围,对于完善铁路客运产品体系、提高铁路客运经营效益具有重要支撑作用。从购置成本、载客定员、运用条件等方面,分析160 km/h动力集中动车组产品特征,以及在既有普速线路、新建普速线路、200/250 km/h线路上160 km/h动力集中动车组的开行服务范围,探讨160 km/h动力集中动车组开行服务范围的影响因素及对策,与高速铁路形成优势互补格局,实现普速产品优化升级,不断满足人民群众便捷出行需要。

速度160 km/h全地下隧道市域快轨线路钢轨打磨车应用研究

广州地铁所辖的市域快轨线路是国内首条速度160 km/h的全地下隧道市域快线,在运营过程中出现不同程度的钢轨波磨病害,据统计易出现钢轨波磨病害区段为长大区间直线区段、进出站台时的加减速区段、部分曲线区段,一般平均波深为0.07 mm,波深超过0.04 mm的钢轨波磨一般延展长度为1~1.5 km。针对此问题,文章对新的打磨需求进行总结分析,对GMC-20国产化钢轨打磨车开展应用研究,通过优化打磨模式,采用打磨3遍和抛光1遍的方法,在单次作业点内可完成1~1.5 km钢轨打磨作业,能够快速高效的消除钢轨波磨病害,提高打磨效率和打磨质量,同时打磨效果能满足运营需求。

200 km/h列车速度信号CBTC系统适应性分析

已开通运营的信号CBTC系统线路最高运行速度为160 km/h,针对列车运行速度提高至200 km/h的运营需求,从信号系统基础设备、信号系统ATP/ATO设备、车辆性能、轨旁设备布置、交流25 kV供电、车-地无线网络传输等几个方面进行适应性分析,并提出解决方案。可为后续线路研究200 km/h运营速度的信号CBTC系统配置提供参考。

160 km/h市域快线架空刚性接触网系统设计方案研究

架空刚性接触网作为传输列车牵引电能的载体及受电弓滑动取电的机械滑道,是市域快线供电系统的重要组成部分。为保证其能够持续、稳定、可靠地向列车传输电能,文章以国内第一条采用架空刚性接触网授流、速度高达160 km/h的全地下市域快线——广州地铁18号线为例,在分析其架空刚性接触网设计要求的基础上,采用理论计算、有限元仿真等技术手段对架空刚性接触网设计方案进行全方位研究,确定悬挂方式、导高、标准跨距、锚段长度、拉出值布置方案,以及分段绝缘器、膨胀元件及弹性线夹等关键设备的选型要求,并通过仿真及工程实例验证设计方案的有效性,以期为类似工程提供参考和借鉴。

速度160 km/h刚性悬挂接触网关键零部件载荷研究

为保证速度160 km/h刚性悬挂接触网的安全稳定运行,其关键零部件的选型和技术参数至关重要。文章基于有限元分析法对刚性悬挂接触网关键性部件进行详细建模和分析,并通过模拟实际工况下的载荷时域特性,获得各种载荷情况的详细数据。在此基础上,采用载荷疲劳理论和静力学仿真方法,深入分析关键部件在不同工况下的受力情况及其抗载荷极限能力。分析结果不仅揭示关键部件在实际运行中的性能表现,还为优化设计和选材提供科学依据。同时通过多次迭代仿真计算,确定关键部件的最佳材料和几何参数,使其在长期运行中能够有效抵抗疲劳破坏和突发载荷。实验验证,经过优化设计的关键部件在实际应用中表现出优异的稳定性和耐久性,该研究成果可为未来更高速度的悬挂系统设计奠定坚实的理论和实践基础,以确保列车高速运行时的可靠性和安全性。

160 km/h高速接触轨端部弯头处轨靴仿真分析

结合广州地铁某线路使用的受流器,采用MATLAB模拟仿真分析,研究160 km/h接触轨端部弯头不同坡度、结构对轨靴关系的影响,为接触轨系统产品选型提供技术支撑。

我国200km/h速度等级高速客运机车转向架平台设计分析

针对我国200 km/h客运的需求,作者建立了适于200 km/h速度等级、轴功率1 600 kW的3轴机车转向架平台设计方案。该转向架可满足我国牵引18-20节客车和200 km/h高速客运需求,并可在机车车体和转向架主体结构均保持不变和装配接口不变的条件下,通过转向架内部的局部调整,适应速度160-230 km/h、轴重21-23 t机车的集成需求。3轴转向架结构方案以机车足够的稳定性、高黏着、低磨耗、低轮轨作用力为设计目标,采用交流驱动单元和驱动单元弹性架悬、低位推挽牵引、轮盘制动、磨耗形踏面和柔性二系悬挂等多项先进成熟技术。计算分析表明,该转向架理论上非线性临界速度可达480 km/h,直线运行和曲线通过性能优良。

600 km/h高速磁浮在国内的适应性及工程化发展

研究目的:高速磁浮是一种前沿的新型轨道交通,为合理确定其功能定位及应用场景,本文从磁浮系统技术原理出发,结合国内外发展现状,对600 km/h高速磁浮在国内的适应性及工程化发展进行研究。研究结论:(1)我国已具备高速磁浮的理论研究和生产制造能力,下一步将重点开展工程化试验工作;(2)高速磁浮可有效缩短旅客长途出行的时间成本,综合对比高速铁路、高速公路、航空运输,400~600 km/h高速磁浮的优势距离约为300~2000 km;(3)高速磁浮对于补充我国高速客运市场、完善轨道交通体系和产业结构体系的意义重大,高速磁浮系统的深入探索具有一定的必要性;(4)在推广应用之前,高速磁浮应重点解决其在综合交通运输体系中的功能定位、系统测试验证与实际载人考核、系统整体经济性等关键问题;(5)本研究成果可为国内高速磁浮交通项目的规划、建设提供指导。

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。

动载系数对160km/h货车转向架焊接件疲劳损伤的影响

为了验证160 km/h货车转向架焊接部件的疲劳强度,依据UIC510-3标准规定的疲劳试验载荷确定方法和IIW提供的焊接接头疲劳强度S-N曲线,应用结构有限元技术及Palmgren-Miner线性累积损伤准则,对焊接构架及摇枕主结构危险焊缝接头进行了疲劳损伤数值仿真分析.结果表明:侧滚动载系数变化对疲劳损伤影响较小,浮沉动载系数变化对疲劳损伤影响显著.在对焊接构架和摇枕进行疲劳试验验证时,侧滚动载系数可直接取标准值0.22,浮沉动载系数应比标准值0.30适当增大,可初步取为0.33.