Regenerative Braking Energy Recovery System of Metro Train Based on Dual-Mode Power Management

In order to fully utilize the regenerative braking energy of metro trains and stabilize the metro DC traction busbar voltage,a hybrid regenerative braking energy recovery system with a dual-mode power management strategy is proposed.Firstly,the construction of the hybrid regenerative braking energy recovery system is explained.Then,based on the power demand of low-voltage load in metro stations,a dual-mode power management strategy is proposed to allocate the reference power of each system according to the different working conditions,and the control methods of each system are set.Finally,the correctness and effectiveness of the dual-mode strategy are verified through simulation,and the proposed braking energy utilization scheme is compared with other singleform utilization schemes.The results illustrate that the hybrid system with the dual-mode strategy can effectively recycle the regenerative braking energy of metro train and inhibit the busbar voltage fluctuation;the proposed braking energy utilization scheme has certain advantages on energy recovery and DC bus voltage stabilization compared with other single-form schemes;the proposed power management strategy can correctly allocate the reference power of each system with a lower construction cost.

Optimal Energy-Efficient Operation of a Metro Train on a Long and Steep Downhill Segment

Because the standard four-stage operation and con-trol strategy cannot fully utilize the gravitational potential energy of a train operating on a long and steep downhill segment,this paper further improves the method for train operation and control strategy.The improved operation includes three stages of acceleration,coasting-speed limit cruising,and brak-ing.Taking the speed limit,time limit,and distance limit as the constraints,the coasting condition switching point,braking condition switching point,traction coefficient,and braking force coefficient are used as the decision variables.Then,an improved train traction energy consumption model is constructed,and an improved differential evolution algorithm is designed to solve this model.The improved method is used to simulate two long and steep downhill segments of the Nanning metro.The results show that the improved method can meet the requirements of speed limit,time limit,and distance limit.Compared with the standard four-stage operation,the improved train operation and control strategy can reduce train energy consumption by more than 40%on the two long and steep downhill segments;compared with other similar algorithms,the improved algorithm is more suitable for solving the model.

Last train timetable optimization for metro network to maximize the passenger accessibility over the end-of-service period

Purpose-This study aims to improve the passenger accessibility of passenger demands in the end-ofoperation period.Design/methodology/approach-A mixed integer nonlinear programming model for last train timetable optimization of the metro was proposed considering the constraints such as the maximum headway,the minimum headway and the latest end-of-operation time.The objective of the model is to maximize the number of reachable passengers in the end-of-operation period.A solution method based on a preset train service is proposed,which significantly reduces the variables of deciding train services in the original model and reformulates it into a mixed integer linear programming model.Findings-The results of the case study of Wuhan Metro show that the solution method can obtain highquality solutions in a shorter time;and the shorter the time interval of passenger flow data,the more obvious the advantage of solution speed;after optimization,the number of passengers reaching the destination among the passengers who need to take the last train during the end-of-operation period can be increased by 10%.Originality/value-Existing research results only consider the passengers who take the last train.Compared with previous research,considering the overall passenger demand during the end-of-operation period can make more passengers arrive at their destination.Appropriately delaying the end-of-operation time can increase the proportion of passengers who can reach the destination in the metro network,but due to the decrease in passenger demand,postponing the end-of-operation time has a bottleneck in increasing the proportion of passengers who can reach the destination.

Metro train rescheduling by adding backup trains under disrupted scenarios

In large cities with heavily congested metro lines, unexpected disturbances often occur, which may cause severe delay of multiple trains, blockage of partial lines, and reduction of passenger service. Metro dispatchers have taken a practical strategy of rescheduling the timetable and adding several backup trains in storage tracks to alleviate waiting passengers from crowding the platforms and recover from such disruptions. In this study,we first develop a mixed integer programming model to determine the optimal train rescheduling plan with considerations of in-service and backup trains. The aim of train rescheduling is to frequently dispatch trains to evacuate delayed passengers after the disruption. Given the nonlinearity of the model, several linearization techniques are adapted to reformulate the model into an equivalent linear model that can be easily handled by the optimization software. Numerical experiments are implemented to verify the effectiveness of the proposed train rescheduling approach.

基于改进YOLOv8的地铁列车焊缝缺陷轻量化检测方法

针对现有的地铁列车车体焊接质量检测技术存在检测模型较大、检测精度和效率较低的问题,提出一种基于改进YOLOv8的焊缝缺陷轻量化检测方法。首先,利用相控阵超声波检测仪采集对接焊缝内部缺陷图像,通过图像预处理制作成焊缝缺陷数据集。然后,在YOLOv8模型基础上,利用Inner-SIoU优化原有损失函数、采用C2f-PConv替换C2f模块、引入大型可分离核注意力(LSKA)模块和挤压激励(SE)注意力机制,建立了基于改进YOLOv8的地铁列车车体焊缝缺陷质量检测模型,以提高焊缝缺陷特征提取和多尺度特征融合的能力。最后,利用改进的YOLOv8模型对焊缝缺陷数据集进行训练和测试。结果表明,改进的YOLOv8模型大小为7.91 M,对于焊缝缺陷的检测精度达到98.30%,检测速度达到138.9帧/s,与YOLOv8原始模型相比,模型更小,检测精度更高。

地铁列车脱轨防护装置方案

[目的]在自然灾害、车辆或轨道关键部件失效、外部冲击等不可预知的复杂状态下,地铁列车仍有可能会发生脱轨。因此,对列车被动脱轨防护装置方案的研究十分必要。[方法]建立地铁列车多体系统动力学非线性仿真模型,采用典型的车轮踏面外形和典型钢轨外形匹配,根据地铁列车运行的线路特点,提出地铁列车脱轨防护装置的三种方案,对其进行了低速运行条件下的脱轨工况仿真。针对仿真结果,综合考虑防二次爬轨脱轨的效果、安装部位的强度,以及脱轨后铁轨与脱轨防护装置发生碰撞而对车辆造成的损害,提出了在构架下端安装防脱轨横向止挡作为脱轨防护装置的方案。针对该地铁列车脱轨防护装置,进行了动力学仿真分析,并与无防护装置工况进行对比。[结果及结论]地铁列车脱轨防护装置具有明显的防脱轨效果,且具有一定的可行性。地铁列车脱轨防护装置动态包络线符合某地铁线路的限界要求,不会影响列车正常行驶,可以进行工程应用。

场景理论视域下地铁列车旅客界面需求研究

目的 为了提高乘客在地铁车厢内的乘车体验,优化地铁列车旅客界面的合理性与便捷性。方法 以场景理论为基础,采用问卷调查和用户访谈等方法,收集现有地铁乘客的用户需求,提炼客观场景。运用Kano模型明确地铁旅客界面设计的用户需求权重,基于对用户需求权重的考量及QFD质量屋展开,功能需求被转化为产品特征,用以分析用户需求与产品特征之间的关系。结果 归纳了典型地铁乘车场景,构建地铁列车乘客界面的用户需求与产品特征之间的关联矩阵,并以此为基础分别从车厢布局、信号灯提示、扶握系统和导视系统四个方面,提出了地铁列车旅客界面的配置策略。结论 从场景分析的角度结合多重定量、定性分析方法,验证场景理论对挖掘地铁乘车需求具有一定指导作用,并提出地铁列车旅客界面在提升旅客乘车体验方面的初步建议。

运营地铁盾构隧道基底沉降的影响因素分析

隧道基底沉降不仅影响地铁列车的正常运行和乘客的舒适性,严重时会造成隧道结构病害,目前的研究主要集中在长期沉降预测和单因素影响分析,非常有必要开展隧道基底沉降的多影响因素分析。以郑州地铁1号线某盾构隧道区间为工程实例,构建三维有限元数值模型,采用人工激振力模拟地铁列车竖向荷载,提取数值模拟结果的动应力和静偏应力数据,引入循环荷载作用下累积塑性应变计算公式,采用分层总和法计算得到隧道基底沉降,研究了隧道周围土层性质、道床脱空深度和地铁列车运行速度等因素对隧道基底沉降的影响,研究结果表明:数值模拟的隧道基底沉降和发展规律与现场实测结果具有较高的吻合度,验证了有限元模拟的准确性;隧道基底沉降随着周围土层砂粒含量的提高而减小;道床脱空尺寸会加剧隧道和道床板中应力集中和振动放大现象,增大隧道下卧土层的动偏应力和基底沉降;提高车速会增大基底沉降的横向影响范围;采用正交试验法、极差分析法和方差分析法得到了隧道沉降对各因素的敏感性,从大到小依次为:土层性质、车速和道床脱空,其中,土层性质为高度显著水平、车速为显著水平。研究成果对运营地铁盾构隧道的变形监测、安全评估和加固处理具有一定的参考价值。

高铁列车荷载作用下桩-土复合地基及近接地铁隧道的动力响应模拟研究

[目的]作为典型的振动荷载,高铁列车运行引起的振动荷载会诱发桩-土地基及附近结构产生动力响应,有必要对桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性进行研究。[方法]基于西安地铁14号线下穿大西高速铁路特大桥工程,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,以峰值振动加速度、峰值振动速度和峰值振动位移作为动力响应评价指标,研究了列车移动荷载作用下桩-土复合地基及近接隧道的动力响应特性。[结果及结论]研究结果表明,当施加列车荷载时,地基内部的动力响应指标均随着埋深的增加而衰减,但存在近接隧道时,动力响应指标值显著增加,且在隧道埋深处衰减明显。随着距桩基中心距离的增加,隧道埋深处的桩-隧之间地基的各动力响应指标从“波浪形”分布变为单调递减分布。根据峰值振动速度的控制阈值,近接隧道埋深处距桩基础中心水平3.6 m范围内的地基处于危险影响区,必须采用减振措施;3.6~11.4 m范围内的地基处于强影响区,建议采取减振措施;11.4 m以外的地基处于弱影响区,视结构的重要性决定是否需要采取减振措施。

地铁钢轨波磨对车辆-轨道振动及噪声特性的影响

钢轨波磨作为地铁线路中最为常见的轨道损伤问题之一,始终未得到根本性的解决。为研究不同轨道结构形式产生钢轨波磨后车辆内部振动噪声以及轨道结构振动的时频域特性,探究钢轨波磨对车辆和轨道的影响,对某地铁线路进行现场动静态测试,获取了钢轨波磨激励下车辆内部的振动和噪声响应以及轨道各部件的振动响应,使用时域指标统计、1/3倍频程谱分析等方法分析轨道振动响应特征和车内振动及噪声响应特征。结果表明:在小半径曲线地段,浮置板轨道产生了特征波长约为200 mm的钢轨波磨,整体道床轨道产生了特征波长约为60 mm的钢轨波磨;浮置板轨道的钢轨、道床板、隧道壁振动加速度有效值分别是整体道床的1.8、5.8倍及0.3倍;钢轨波磨对轨道振动的影响主要体现在中高频范围,在300~400 Hz附近,浮置板轨道振级从钢轨至隧道壁共衰减66 d B,而整体道床共衰减49 d B;列车通过测试区域时,转向架上方与客室中部垂、纵向振动加速度有效值基本一致,而客室中部横向振动加速度有效值约为转向架上方的2倍;车内转向架位置处的异常振动主要来源于钢轨波磨的激励,且短波长波磨所激励的车内振动及噪声更加剧烈。因此,地铁钢轨波磨产生后在轨道及车辆的振动噪声响应中均占主要成分,应及时对钢轨进行打磨处理,研究结果可为地铁工务维修提供理论指导。

用于地铁列车的主动径向装置研究

[目的]地铁列车通过小半径曲线区段时会产生车轮磨耗及噪声。转向架轮对的主动径向技术作为一种理论上可以解决上述问题的有效措施,有必要对其进行深入研究。[方法]通过分析主动径向原理,确定了“径向导向”的控制目标。提出了一种用于转臂式轴箱定位转向架的可控橡胶节点装置及其控制系统,使之成为车辆的主动径向装置。阐述了该主动径向装置的主动径向导向原理,即:地铁列车运行时以信标的方式获取线路信息,径向控制器内存储有每条曲线的信息,结合列车运行速度可确定列车在曲线中位置,由此控制可控橡胶节点装置动作,进而实现轮对以径向姿态通过曲线。以列车的头车为研究对象,建立了A型地铁列车的动力学模型,对采用主动径向装置的地铁列车以60 km/h的速度通过400 m曲线半径时的通过性能进行了分析,并与传统转向架的通过性能进行对比。[结果及结论]相比于传统转向架导向轮对,主动径向转向架导向轮对的冲角和磨耗指数均大幅降低;同一转向架的两个轮对具有相近的横移量,在该位置下轮对可实现“纯滚动”;列车在小半径曲线上的通过性能有明显改善。

地铁列车冲突不确定性的预测模型及验证方法

地铁运营中,精准高效的列车间冲突预测是调度员行车调整的依据和基础。因此,精准高效地预测列车之间对行车资源请求的冲突一直是行业内持续研究的问题。列车实际运行状态的动态性导致列车间冲突的不确定性。针对目前普遍对于列车间冲突确定性的预测方式,引入地铁列车间冲突不确定性的预测方式,利用样本平均近似法(SAA)对列车运行状态的不确定性进行描述,继而表述列车之间对行车资源请求冲突的不确定性,然后提出一种列车间冲突不确定性的预测模型,并针对模型的预测结果设计验证其预测精度的方案。最后,利用南京地铁3号线列车运行实绩数据进行算例验证,验证结果表明模型预测结果具有较高的准确性。

基于乘客感官体验的地铁列车设计

分析现行地铁列车乘客感官体验问题,研究车厢设施对感官体验的影响,提出并验证设计策略,为未来地铁列车体验提升提供参考。结合感官心理理论与地铁列车现状分析地铁列车乘客体验,强调轨道交通列车感官体验提升的必要性,提出基于乘客感官体验的列车设计理念和解决方案,并进行实践验证。形成基于感官心理的地铁列车设计方案。深入了解乘客感官体验,通过感官体验能够提升整体乘车体验。

钢弹簧浮置板轨道减振性能现场对比测试

为研究随机列车荷载作用下钢弹簧浮置板轨道(steel spring floating slab track,简称SSFST)上线运营后的减振效果,选取某地铁线路同一区间、同一曲线段内的普通无砟轨道及钢弹簧浮置板轨道典型测试断面,在同一天内开展了现场对比测试。研究结果表明:钢弹簧浮置板轨道减振效果的线上评估结果与列车、轨道的实际运营状态直接相关;在不同列车的随机激励作用下,Z振级相对插入损失(ΔVL_(Z,max))相差超过10 dB,且部分测试样本无法满足特殊减振的设计需求;为获得保守的评价结果,应选择轮、轨平顺状态良好的运营区段开展对比测试;通过合理的养护维修,使运营列车及轨道保持良好的运行状态,是减振轨道区段满足振动控制需求的关键。

面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法

伴随着我国城市化进程持续快速发展,既有的城市轨道交通列车运行控制系统下运力资源的调控能力已经趋于饱和。为了满足不断增长的乘客出行需求,以列车虚拟编组为代表的新技术成为发展方向。为了解决虚拟编组下列车的运行调度问题,提出面向虚拟编组的城市轨道交通运行优化调度方法,建立列车运行和客流变化模型,描述列车运行和乘客人数的动态变化;构建列车时刻表和编组策略的协同优化模型,以实现列车利用率、列车停站时间和乘客等待时间之间的平衡为目标求解优化策略,并根据最优解生成列车调度和编组方案;最后选取北京地铁亦庄线为线路仿真对象,结果表明该模型可以显著提高列车利用率,减少乘客候车时间,具备良好的应用前景。

地铁列车车体关键区域与车钩载荷相关性研究

为研究车钩载荷对车体关键区域的影响,文章以北京地铁某线路列车为例,阐述了列车半永久车钩静力标定试验及获得的半永久车钩应变和车钩力拟合曲线;分析了列车正线载客试验时车体关键区域测点动应力与车钩载荷的相关性,以及车钩载荷变化对各测点疲劳损伤值的贡献程度。研究表明,牵引梁端部、牵引梁车钩座旁、枕梁中心销垫板外侧焊缝、枕梁下盖板与边梁端部焊缝受车钩载荷变化的影响较大。

浅谈北京地铁6号线列车应急故障处置流程优化

对北京地铁6号线近两年来运营线发生的列车故障进行梳理总结,根据故障处置的时间以及故障发生的频次,建立故障评级矩阵,在矩阵中选取1个评级为严重等级的故障进行优化研究。通过对历次列车故障处置流程的总结以及车辆电气原理的分析,找出处置流程中司机、行车调度员存在的问题并提出改进意见,并针对司机处理故障的具体处置步骤进行优化。对于优化后的处置步骤,在非运营线模拟故障进行试验,对比优化前后的处置时间,对优化后的步骤进行评价。

洛阳地铁1号线列车受电弓碳滑板异常磨耗分析与改进研究

[目的]检查发现洛阳地铁1号线自试运营以来存在弓网关系恶劣、正线发生弓网拉弧现象,检查发现受电弓碳滑板上有灼烧点且磨耗严重。为解决受电弓碳滑板异常磨耗问题,须研究弓网异常磨耗原因,并提出解决措施。[方法]重点探讨了弓网技术性能、碳滑板材质、弓网打磨、接触压力、外部气候环境温度及湿度等因素对受电弓和接触网磨耗的影响,探讨了弓网异常磨耗的影响因素和磨耗规律。[结果及结论]研究结果表明,洛阳地铁1号线受电弓碳滑板磨耗为中心偏磨型磨耗,为解决此类磨耗问题,特提出针对性的处理措施和预防建议,包括建立接触网、受电弓的专项台账,借鉴同行对弓网异常磨耗的应对经验,根据弓网磨耗情况优化检修方式,充分运用弓网检测棚等信息化检测设备来提升弓网技术参数的监控和调节效率等。

基于无线通信的地铁列车在线灵活编组技术研究

[目的]为了响应国家“双碳”政策号召,在不降低地铁服务质量,提高列车低峰时段的满载率,减少能量的浪费,地铁业界迫切期待研制出具备快速、高效、在线动态灵活编组能力的地铁列车。[方法]针对现有灵活编组技术的不足点和成熟度,提出了一种全新的基于无线通信的列车在线灵活编组技术。[结果及结论]详细介绍了该技术的工作原理、设备配置及其各自的功能,阐明了该技术的特点和优势,并对该技术的发展进行了展望。

某型地铁列车端部底架疲劳寿命研究

[目的]地铁车体为焊接结构,受应力集中、焊接缺陷及焊接残余应力等影响,其车体疲劳强度会明显小于金属母材。而地铁列车端部底架作为转向架和车体相连接的部位,其承受的载荷相对更大,因此有必要研究其疲劳寿命。[方法]采用数值仿真和疲劳试验相结合的方法,对某型地铁列车端部底架常见的疲劳寿命问题进行研究。建立了地铁车辆有限元模型,确定了相应的疲劳载荷和评估点,对地铁车辆整车和端部底架分别进行了疲劳损伤仿真,对端部底架开展台架试验;并对台架试验结果、整车疲劳试验结果和底架仿真结果进行了对比分析。[结果及结论]该地铁车体整车底架和端部底架在单向疲劳损伤和组合载荷疲劳损伤的情况下,均没有产生裂纹的风险,满足标准相关要求。此外,将载荷放大后端部底架在疲劳试验时可以获得更为保守的结果,并且端部底架有限元模型的仿真结果和试验结果一致性较好,可以真实反映整车模型的应力状态,满足相关标准的要求。