新疆“百里、三十里风区”铁路沿线设计风速研究

为使通过新疆"百里、三十里风区"的铁路抗风达到既安全又经济的目标,使用风区内气象站和铁路测风站风资料分析了风速风向的分布规律和两种站之间风速相关关系,采用极值I型分布推算确定了铁路沿线合理的设计风速。研究表明:十三间房和达坂城是两风区平均风速和最大风速的最大站,年平均风速分别为5.4 m/s和6.1 m/s,10 min平均最大风速分别为37.6 m/s和33 m/s;风区春夏季风速较大,冬秋季较小,各月平均风速差异显著,10 min平均最大风速较大站各月风速差异不显著,风速较小站各月风速差异显著;风区内10 min平均最大风速的最多风向为偏东风、偏北风和偏西风,十三间房风向最集中,乌鲁木齐风向最为分散。铁路站与气象站风速的线性回归方程拟和效果最好,能够用气象站最大风速推算其设计风速;推算各站设计风速的极值I型分布适合度显著;天山站和猛进东站50 a一遇设计风速是两风区最大值,分别是42.0 m/s和39.4 m/s,天山站和猛进站瞬时风速是两风区最大值,分别是56.6 m/s和54.8 m/s,其余铁路沿线设计风速和瞬时风速以两站为中心递减;每个站点设计风速应用范围是从站点到相邻站点距离的一半。

沙漠地区铁路动车组过境风沙流卸载分布特性试验研究

针对沙漠地区动车组的过境风沙卸载分布特性开展研究。研究结果表明:线路内、外侧积沙以中沙(粒径[0.25~0.50)mm)为主,占比分别为55.24%和63.02%;设备舱、空调滤网积沙主要源于线路内侧的涡流携带风沙,其中细沙(粒径<0.25 mm)占比分别为97.92%和98.24%。设备舱内积沙以动车居多、拖车相对偏少,且设备舱内积沙主要分布在有源通风设备区域;由于迎风侧上行线积沙较为严重,沿上行线运行的头车积沙量比尾车的高;风沙气候和积沙线路是影响设备舱积沙分布特性的主要因素。

风区停留动车组的纵向气动力仿真及防溜计算

为研究高速动车组在风区的防溜安全问题,首先建立8车编组的CRH2G型动车组的数值仿真模型,计算不同风速、不同风向角下动车组的纵向气动力;然后建立动车组在坡道停留时的力学模型,按照动车组在纵向气动力、起动阻力、停放制动力及铁鞋制动力的综合作用下能够保持停放稳定不溜逸的要求,确定不同工况下需要为动车组设置铁鞋的数量。结果表明:风致纵向气动力的最不利风向角约为30°;在动车组停放制动正常且超载状态下,仅在风速17级(60m·s^(-1))和坡度22‰的工况下需要为头车设置1个铁鞋,其他工况下均无需为动车组设置铁鞋;在动车组停放制动失效且超载状态下,当动车组停留在22‰坡度的线路上时,风速自0级直至14级(47.5m·s^(-1))工况下至少需要设置4个铁鞋,风速达15~17级(51.7~60.0m·s^(-1))工况下,至少需要设置5个铁鞋;在最不利的17级(60.0m·s^(-1))环境风条件下仿真计算出的铁鞋设置数量低于现行铁总办法规定的铁鞋设置数量。

强风沙环境下动车组塞拉门预防性维修周期研究

针对强风沙运用环境与长交路运行工况对动车组关键系统及部件故障的影响特性,建立基于系统可用度的预防性维修周期决策模型;考虑兰新(甘肃兰州—新疆乌鲁木齐)高铁开行时间短、检修经验不足等问题,提出基于Monte-Carlo思想的统计模拟算法。利用兰新客运专线强风沙运用环境下的塞拉门服役故障信息,对决策模型分布函数进行定义、参数估计和假设检验;利用建立的模型在MATLAB环境下仿真计算塞拉门预防性维修周期,结合现场实验验证维修决策模型和算法的有效性。研究结果表明:塞拉门故障服从形状参数为0.779、尺度参数为315158.178的双参数威布尔分布;随预防性维修周期增加,塞拉门的可用度先增加后减小,考虑到预防性维修的人员组织、均衡作业和修程间隔等因素,确定其维修保养运行里程为10万km。

兰新铁路沙害成因及防治对策

兰新铁路百里风区挡风墙工程自2004年运用以来,防风效果显著。但2006年4月9日的一场大风带来的沙害,给铁路运输带来巨大经济损失。通过现场调研和对防沙设施的效果进行分析,提出漏风式挡风墙积沙防治措施,土堤式挡风墙积沙段的处理,路堑地段积沙解决方案和百里风区挡沙墙设计方案等防治对策。

全风向梯度集沙仪的研制

兰新铁路风区防风沙工程的建设对保证列车风区安全行驶至关重要,而掌握风沙流规律是防沙工程设计的基础,为此,根据历史大风特征统计分析结果研制了全风向梯度集沙仪,对风沙流进行现场观测。全风向梯度集沙仪为兰新铁路第二双线防沙减灾工程的建设提供了基础数据依据。

新疆铁路风区列车安全运行标准现场试验研究

新疆铁路风区是世界上铁路风灾最严重的地区之一。多年来,如何保证列车在大风天气下安全运行,充分提高风区运能,一直是困扰乌鲁木齐铁路局的“老大难”问题。本项研究充分利用已有的研究成果,通过现场试验方法对大风天气行车标准进行验证和分析,不断完善《大风天气列车安全运行办法》,并对进一步深化研究的方向进行了探讨。

兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"和南疆铁路前百公里强风地区风沙成因进行分析,研究挡风墙后不同高度、不同间距风速变化情况,现场实测挡风墙的"遮蔽效应",对挡风墙的防风效果进行评价。研究结论:兰新铁路强风地区风区大风主要为内陆寒潮性大风,受地形地貌引起的狭管效应、下坡风及局地大气对流效应的影响较大,具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等特点。现场实测表明,挡风墙防风效果显著,3 m高挡风墙后在3 m高内风速较挡风墙外侧风速大大降低,风速20 m/s时有效遮蔽范围超过38 m,有效地减弱了列车的倾覆力矩。不同条件下挡风墙对沙害减弱的影响还需进一步加深研究,这些结论对于今后铁路防风沙具有一定的指导和借鉴作用。

新疆铁路风区大风天气列车安全运行办法研究

新疆铁路强风地区是我国风灾最为严重的地区,《大风天气列车安全运行办法》,是乌鲁木齐铁路局在大风天气下指挥行车的重要依据,更是新疆铁路防风安全体系中的重要组成部分。根据新疆铁路风区的实际情况,结合多年来的研究成果和运营经验,对《大风天气列车安全运行办法》的关键技术指标制定的办法和步骤进行了探讨。

兰新铁路百里风区风沙流结构特性研究

通过对兰新铁路百里风区戈壁风沙流进行现场观测研究,提出风沙流密度的新概念,解决风沙流研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化特点的重大技术难题。根据现场实测资料分析,揭示风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系,阐明临界风速的概念,认为风区建(构)筑物所承受的压强为净风压与沙粒冲击压之和。在自然风速超过临界风速情况下,风区建(构)筑物所承受风沙流压强以沙粒与建(构)筑物碰撞压力为主,这与传统设计中以净风压作为风荷载设计完全不同,解决了风区工程设计中遇到的技术难题,避免由于对戈壁风沙流的认识不足而造成的损失,对即将修建的兰新二线提供一定的借鉴和参考,对戈壁地区风沙流科学的完善也具有一定的意义。

大风环境下单层客车临界倾覆风速研究

采用基于k-ε方程的湍流数值模拟方法，研究单层客车在不同路堤、桥梁以及路堑运行时的气动性能，得到气动力系数与侧滑角之间的关系；根据车辆倾覆稳定性计算模型，得到不同高度路堤、桥梁以及不同深度路堑条件下车速和，临界倾覆风速关系。研究结果表明：列车在路堤上运行时，气动力系数总体上随侧滑角的增大而增大，在侧滑角为15°-70°之间变化较为明显，之后变化缓慢；临界倾覆风速随着路堤高度的增加先增高后降低，其拐点在车速为120km／h的位置；桥梁高度越高，临界倾覆风速越低；路堑深度越深，临界倾覆风速越高；车速相对较低时，相同高度条件下，车辆在路堤上的临界倾覆风速大于在桥梁上的临界倾覆风速，当车速超过分界车速时，车辆在桥梁上的临界倾覆风速大于在路堤上的临界倾覆风速。

兰新铁路十三间房段的戈壁风沙流特征分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"风沙成因进行分析,研究戈壁砾漠地区风沙流密度沿高度变化的特点,不同高度风沙流密度与风速的关系及大风携沙的粒径分布特征。研究结论:戈壁地区大风携沙主要集中在3 m以下,约占总携沙量的87%左右;在同一高度条件下,风沙流密度随着风速的增加显现e的指数增加;而当风速条件一致时,风沙流密度随着高度的增加显现下降趋势。集沙颗粒分析则指出:在不大于3 m的高度范围内百里风区的风沙流运动形式是以跃移为主;超过3 m以后,则以悬移为主。

兰新铁路猛进东地区风沙运动特征研究

通过对兰新铁路"百里风区"戈壁风沙流进行现场观测研究,得出"百里风区"的大风天气主要集中在每年的春夏两季,起沙风速远远高于沙漠地区,约为9级风左右。大风携沙量的垂直分布十分明显,集沙量与高度显现e的负指数变化,高度越高集沙量越小;2 m以下区域是风沙灾害防护的重点区域,其大风携沙量占总携沙量的80%左右。集沙颗粒粒径分析则指出:在≤3 m的高度范围内"百里风区"的风沙流运动形式主要以跃移和蠕移为主;当超过垂直高度3 m以后,则以悬移为主。

南疆铁路吐鱼段风沙活动规律研究

通过对南疆铁路吐鱼段戈壁大风区风沙流进行现场观测研究，得出该地区大风显现明显的季节性变化，每年的春季是大风高发季节，年平均大风日数高达136d。大风携沙量的垂直分布十分明显，集沙量与高度显现e的负指数变化，高度越高集沙量越小；2m以下区域是风沙灾害防护的重点区域，其大风携沙量占总携沙量的96%左右。沙粒颗分试验结果表明，戈壁风沙运动存在较明显的分层现象，沙粒粒径以0.1~0.25mm为主。

南疆铁路风沙流结构特征研究

通过对南疆铁路戈壁风沙流进行现场观测研究,提出了关于风沙流密度的计算方法,将大风所携沙粒定量化,解决了风沙运动研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化的技术难题。根据现场实测资料分析,揭示了南疆铁路风沙流密度随高度和风速的变化关系。从中可以看出,风沙流密度随高度变化显现斜"L"形,以3m高为分界点;而相对的风沙流密度与风速则显现正相关变化,当高度为2m、风速≤40m/s时,风沙流密度随着风速的增大,其变化趋势逐渐变缓,其最大值逐渐趋近于0.0339g/m3。沙粒颗分试验结果表明"戈壁风沙运动存在较明显的分层现象,所携沙粒粒径以0.1～0.25mm为主。