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%。

时速600 km高速磁浮列车气动声源分布及产生机理初探

高速磁浮的噪声主要来源于气动噪声,并且列车未来时速可达到600 km/h,气动噪声与列车速度的6~8次方成正比,会带来线路环境问题。本文以全尺寸高速磁浮列车模型为研究对象,基于延迟分离涡模型方法(DDES),结合磁浮列车流场特性分析其表面噪声产生的机理,为高速磁浮列车气动噪声性能评估和线路声屏障设计提供了依据。主要研究内容如下:由于气流直接冲击和流动分离,磁浮列车头部流线型区域主要声源分布在鼻尖位置,总声压级最大值为106.48 dB;车尾鼻尖处的复杂局部涡流和涡旋脱落是使其成为车尾流线型区域主要噪声源的原因,车尾鼻尖处总声压级最大值为124.75 dB;风挡间隙中的涡流引起了空腔噪声,风挡底部受到空腔噪声和车轨间隙噪声的耦合作用,其产生噪声能量最大,四位风挡底部的总声压级分别为115.94 dB、118.29 dB、123.36 dB和120.05 dB;无线电终端结构光滑度较高,在其表面气流流动平缓没有发生流动分离,表面各个部位声压级水平整体相似,并且车尾处的噪声水平高于车头处。

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。

600 km/h高速磁浮牵引系统的配置及其关键参数的选择

目的:目前上海磁浮列车示范运营线设计的最高运行速度为505 km/h,为适应600 km/h的高速运行,须对既有常导高速磁浮牵引系统的配置进行分析和优化设计。方法:站在牵引供电系统的角度,从直线电机稳态数学模型出发,在不改变直线电机基本结构和参数的前提下,提出了600 km/h高速磁浮牵引系统的优化方向:提高变流器的输出电压及容量,以及适当缩短牵引分区和定子段长度。基于以往工程可行性研究,对既有磁浮系统中牵引供电系统的相关边界条件进行了分析,认为馈电电缆和定子电缆限制了既有电机的输入电压和电流,而列车长度和定子开关站的数量又限制了定子段的长度,进一步明确了600 km/高速磁浮牵引系统关键参数的选取原则,并给出了建议的参数。以一条平直轨道的线路为例设计了牵引系统,并以此为基础进行了牵引仿真计算。结果及结论:对于5节编组的常导高速磁浮列车,适当缩短分区长度至20 km,定子段长度至800 m,采用32 MVA的变流器,则列车可在加速运行35 km后达到600 km/h的运行速度。

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。

400km/h高速铁路列车的荷载图式研究

为确定适合400 km/h高速铁路的荷载图式,参考《京沪高速铁路设计暂行规定》中确定0.8UIC荷载作为高速铁路列车荷载图式所使用的方法,以包络德国ICE列车、中国ZGS和中速列车的换算均布活载动效应为原则,提出将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式;然后,在时速400公里高速列车作用下,对24、32、40 m 3种跨度简支梁桥,基于车桥耦合振动分析方法得到车辆动力响应,在此基础上研究动力系数、竖向挠度、梁端竖向转角和轨面不平顺等现行规范指标在0.65UIC荷载条件下的适应性;最后,讨论采用0.65UIC荷载作为设计荷载时,离心力、牵引力和制动力限值对400 km/h高速铁路列车的适应性.结果表明:在现行规范基础上,将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式进行桥梁设计是可行的,采用该荷载图式计算的桥梁设计指标限值和设计荷载限值较运营车辆与桥梁间的响应具有一定安全储备.

400 km/h高速铁路车站两端最小曲线半径与超高匹配关系研究

结合我国现行高速铁路规范,依据旅客舒适度控制指标研究400 km/h高速铁路车站两端平面曲线半径与超高的匹配关系。研究结果表明:按单一高速列车或高低速列车共线要求确定最小曲线半径时,推荐、良好和一般舒适度条件对应的临界速度分别为290 km/h、254 km/h和227 km/h,低于临界速度应选择高低速列车共线运行模式,此时过超高允许值、欠过超高之和允许值是影响最小曲线半径取值的关键因素,其中过超高允许值占主导。根据CR400“复兴号”动车组的V-S曲线,为满足曲线半径不大于12000 m的要求,车站两端最小曲线半径宜按良好和一般舒适度标准进行衡量,以保证设计超高同时满足高速列车欠超高和低速列车过超高要求。

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明:1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨向较容易满足验收标准,而轨道高程偏差有可能因为包含有桥梁温度变形而超限,因此,400 km/h高速铁路大跨度桥梁需严格控制温度变形。

速度400 km/h高速动车组网络系统实时以太网技术应用研究

速度400 km/h高速动车组的研制始于2017年,其网络控制系统基于以太网技术搭建。文中阐述了400 km/h高速动车组网络系统的基本原理及实时以太网技术的应用研究,并对比以往动车组网络系统总线技术分析了实时以太网技术应用的优势所在。

时速400 km高速列车通过隧道诱发车体横向振动的气动机制研究

为研究列车以更高速度通过双线隧道时,由于列车和隧道形成的几何空间为非对称空间,列车两侧空气非对称流动,隧道内复杂的压力环境作用至车体两侧和列车尾涡引起的车厢两侧压力变化、列车车体表面压力波动与气动力相互关系和车体振动频谱特征,采用三维非定常可压缩流动N-S方程和IDDES湍流模型,建立时速400 km高速列车1∶1的8节编组空气动力学仿真模型,使用重叠网格技术模拟列车与隧道之间的相对运动方法。研究结果表明:1)隧道内行驶的列车在隧道压力波作用下会使车厢两侧出现压差和侧向力幅值的大范围变化,且变化程度由头车向尾车逐渐增大;2)列车在隧道内运行时的尾流区存在1对反向涡旋;3)尾车明线段涡脱落主频率为2.002 Hz,隧道内运行时,涡脱落频率为3.003 Hz;4)列车在明线或隧道内运行,车体气动侧向力和摇头力矩引起的车体振动频率为2.002 Hz。

400km/h高速铁路桥梁动力系数研究

为研究通行400km/h高速列车时桥梁的动力性能,采用车-桥耦合振动方法,分析车速、车辆编组、车辆载重3种车辆因素和跨度、桥梁竖向基频、桥型3种桥梁结构因素对400km/h高速铁路桥梁动力系数的影响。结果表明:车速增加到一定程度将出现车桥竖向共振的风险;跨度一定时,桥梁竖向振动基频越大动力系数越小;多数工况下16车编组时桥梁的动力系数较8车编组时大,车辆空载时桥梁的动力系数较车辆满载时大。

时速600公里磁浮隧道气动载荷特征初探

高速磁浮列车通过隧道时产生剧烈的压力波,形成了交变的气动载荷,给隧道衬砌和洞内辅助设备带来气动疲劳寿命问题以及设备可靠性问题。本文采用一维流动模型模拟隧道压力波方法,研究隧道内的气动载荷特征,明确了隧道内压力波的形成机理和气动载荷衰减特性,提出了基于隧道内压力最值(最大正负压值和最大压力峰峰值)的最不利隧道长度,得到了阻塞比和速度对压力波的影响特性。本文研究结论可为隧道内设备及设施的气动荷载设计提供参考。

高速铁路列车荷载图式对400 km/h动车组的适应性研究

本文对我国高速铁路列车荷载图式的制定背景、原则及考虑的运营列车进行调研分析。选择常用跨度桥梁,对不同速度等级下高铁动车组的动效应进行计算,并与列车荷载图式动效应进行比较分析,进而得出列车荷载图式对不同速度等级高速铁路动车组的适应性。针对在设计规范基频取值条件下,考虑动效应后列车荷载图式无法适应运营400 km/h动车组的情况,保证图式及配套动力系数不变,考虑1.1倍的安全储备,提出了相应的梁体设计基频调整建议。另外还对我国高速铁路桥梁的实测基频通常值和设计值的差异进行了分析,结果表明实测基频通常值大于设计值,并能够满足400 km/h动车组的安全运营。研究成果可为我国铁路开行400 km/h动车组的桥梁设计提供依据。

400 km/h高速铁路穿越住宅小区车致振动响应及二次结构噪声研究

新建成渝中线以400 km/h下穿通过某住宅小区,目前尚无400 km/h高速铁路下穿居民区运营的先例,为研究列车高速运行引起的振动与二次结构噪声对住宅小区居民舒适度的影响,本文建立列车-轨道-隧道-大地-建筑物三维相互作用模型,探究不同埋深条件下建筑物振动及二次结构噪声变化规律,并给出成渝中线穿越住宅小区满足振动和噪声舒适度的建议埋深。研究结果表明:(1)成渝中线以400 km/h高速穿越住宅小区时,建筑物振动影响频率范围集中在30~50 Hz内,振动主频为40.0 Hz;(2)随着隧道埋深的增加,车致振动响应及二次结构噪声不断减小;(3)隧道埋深大于40 m时,车致振动及二次结构噪声可以满足JGJ/T 170-2009《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限制及其测量方法标准》要求;(4)建议成渝中线穿越住宅小区时隧道埋深大于40 m。

400km/h跨国互联互通高速动车组

围绕400 km/h跨国互联互通高速动车组顶层运用需求和项目目标,提出了研制400 km/h跨国互联互通高速动车组的技术创新总体目标、技术特点、技术难点、技术路线及总体技术方案。目前3列400 km/h跨国互联互通高速动车组已基本完成研制。

AC 25 kV和DC 3 kV双流制供电的400 km/h高速动车组牵引传动系统仿真研究

文章阐述了中车唐山机车车辆有限公司的AC 25 kV和DC 3 kV双流制供电的400 km/h高速动车组牵引传动系统主电路构成和控制系统,搭建相应电气系统模型进行分析和仿真。为合理选择系统器件参数,重点开展了电容和电感关键参数选型理论分析,并通过仿真进行了验证;研究了二次谐振回路的存在对直流供电模式的影响,根据仿真结果提出了设计建议。文章的研究结果对牵引传动系统设计和优化提供了仿真指导和应用参考。

新建时速400 km高速铁路32 m简支梁设计参数研究

我国高速铁路的"四纵四横"干线运输网络基本成型,现在存在发展时速400 km高速铁路的需求,英国和俄罗斯也给出了时速400 km高速铁路的规划。本文基于我国时速350 km高速铁路标准设计的32 m简支梁,建立车桥计算模型,在100~480 km/h速度范围内,计算分析动挠度、梁体跨中加速度、轮重减载率、车体加速度等车桥动力响应,同时考虑了残余徐变变形和基础不均匀沉降的影响。结果表明:最大计算速度下,车桥动力响应最大;桥梁刚度增加,车桥动力响应相应减小;工后徐变上拱和基础不均匀沉降对车桥动力响应影响较大。最后,给出了新建设计时速400 km高速铁路32 m混凝土简支梁的设计标准建议值。

时速400 km不同编组列车通过隧道时的气动载荷

通过动模型试验和数值仿真方法,对时速400 km不同编组(8车编组、16车编组和17车编组)单列车通过最不利长度隧道和列车在最不利长度隧道内交会时的车体表面气动载荷进行研究,并基于雨流计数法与等效疲劳载荷公式对车体的等效疲劳载荷进行分析。研究结果表明:单列车通过隧道或列车隧道内交会时,车体等截面区域处的Δp(压力峰峰值)沿列车长度方向不断下降,并随着编组数增加而增加。单列车通过隧道时,8车编组、16车编组和17编组列车等截面车体区域处Δp的平均值分别为7440,8404和8479 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车的Δp分别增加13.0%和14.0%;列车隧道内交会时,8车编组、16车编组和17编组列车等截面车体区域处Δp的平均值分别为12737,14503和14732 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车分别增加13.9%和15.7%。车体表面等效疲劳载荷与编组数成正比,8车编组、16车编组和17编组单列车通过隧道时等截面车体区域的平均等效疲劳载荷分别为4677,5347和5434 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车的平均等效疲劳载荷分别增加14.3%和16.2%;8车编组、16车编组和17编组列车隧道内交会时等截面车体区域的平均等效疲劳载荷分别为7819,8904和9125 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车的平均等效疲劳载荷分别增加13.9%和16.7%;车体等截面区域平均等效疲劳载荷在其压力峰峰值的61%~65%区间内。

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。