基于牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略

近年来,随着“双碳”政策的推动,储能技术在城市轨道交通中的应用愈发广泛,呈现出点到线的发展趋势。当一条线路中有多站安装储能装置时,想要进一步提升储能系统的节能效果,必须要解决不同站储能装置的充放电策略个性化设计,以及多储能间协调控制这两个问题。因此,该文提出一种基于实时牵引网电压和空载电压的多储能系统区间能量管理策略。该策略基于多个牵引变电站的空载电压和牵引网电压,对能量管理区间内的列车状态和列车剩余功率进行辨识,基于此计算区间内储能装置的充放电阈值基准值初值及基准值变化的斜率。为进一步提升节能和稳压效果,该策略基于充放电周期、牵引网电压超限频次及储能系统的荷电状态(SOC)等参数,对基准值及其更新斜率进行实时校正。该文在北京地铁的实际线路中进行了验证,结果表明,相较于基于本站空载电压的能量管理策略,提出的策略在降低系统能耗和稳定牵引网电压方面都具有显著的改善效果。

城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳损伤系数研究

基于城市轨道交通正交异性钢桥面板疲劳性能的重要性,对国内多个城市的轨道交通的交通荷载进行了调研,发现各线路各时段的客流量差异较大,各线路的载客平均轴重与空车平均轴重的比值不同,比值为1.02~1.51。轨道交通因乘客流量带来的轴重比例变化相对较小,因此每一列车都对钢桥结构的疲劳有一定影响。研究了疲劳损伤系数的组成,基于不同的应力循环次数,提出了基于列车荷载作用频次的城市轨道交通桥梁的3个疲劳损伤系数。研究结果可为城市轨道交通钢桥的疲劳设计提供参考,并为规范的修订提供技术依据,对完善城市轨道交通钢桥疲劳设计具有理论意义。

考虑双维波动性的地铁冲击负荷网储协同平抑策略

地铁列车频繁启停使其牵引负荷出现短时间大幅度的冲击,容易导致变压器绝缘加速老化、引发主变过载风险。针对这一问题,本文提出一种协同网储的地铁负荷冲击优化策略。首先,基于地铁负荷时序特性剖析冲击性负荷形成机理,建立考虑功率曲线特征的双维波动性指标,定量描述冲击程度。其次,分别以系统经济性最优与负荷冲击最小为上下层目标,建立网架拓扑与储能装置协调控制的双层优化模型,求解最优开关变动及储能调度策略。最后,以上海某地铁线路实际供电负荷为例,结合多场景进行验证分析,结果表明所提方法能有效平抑冲击性负荷,实现供电可靠性与经济性的提升。

横向静载作用下轨道交通预应力混凝土U型梁裂缝开展研究

为探究轨道交通预应力混凝土U型梁结构在腹板横向受力情况下的裂缝开展状况,通过回顾总结其裂缝开展成因,并以实际工程中的某标准梁段为例,进行了横向静载破坏试验,分析了U型梁结构在横向受力下的应变、挠度变化规律以及裂缝发育和损伤状况。研究结果表明,在横向对称荷载作用下,随着加载级的增大,U型梁展现出良好的整体性能和横向抗裂性能;该梁的裂缝损伤首先出现在腹板和底板处,随后逐步扩展到底板与腹板的连接部位;在破坏加载级下,腹板与翼缘发生破坏性裂缝损伤和明显的外扩变形;在高于规范撞击力建议值2倍的横向静载作用范围内,试验梁能够保持弹性工作状态,验证了采用美国ACI规范中对于列车脱轨撞击力的建议值进行U型梁横向抗撞设计的合理性。该研究成果可为轨道交通预应力混凝土U型梁的力学性能研究和结构优化设计提供更多参考。

山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标研究

齿轨交通系统通过车辆齿轮与地面齿条啮合驱动,突破了轮轨之间的黏着限制,具有爬坡能力强、绿色环保、运营成本低等优点,是山区环境轨道交通建设的重要方向之一。山地齿轨交通系统在国内尚处于起步阶段,齿轨车辆尚未形成谱系化的技术标准。齿轨车辆与轮轨车辆相比存在较大差异,为明确山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标,分析山地旅游轨道交通特点,结合国内山地齿轨旅游轨道交通工程项目进展情况,提出车辆在大坡度运行能力、大坡度与缓坡贯通能力、轴重、观光性能等方面的特殊性需求。研究米轨及标准轨在山地旅游轨道交通的适应性,分析轨距对车辆结构、限界以及轨道结构的影响,明确在运量较小的线路中应优先采用米轨形式。提出车宽分别为2.65,2.5 m以及2.3 m的三种谱系化车辆技术指标体系,明确车辆外形尺寸及载客量,提出运能在486~7320人/h范围的列车编组形式。分析齿轨线路特点,提出齿轨旅游车辆的牵引制动性能指标应介于高速铁路车辆与城市轨道交通车辆之间。

非平衡荷载下城市轨道交通车站深基坑变形特性分析

[目的]目前城市轨道交通非平衡荷载作用导致的地下工程病害、事故逐渐增多。为了解非平衡荷载对城市轨道交通车站深基坑变形的不利影响,减小施工风险,需要对该类型荷载作用下车站深基坑变形特性进行分析。[方法]基于理论分析和现场监测数据,研究了非平衡荷载下城市轨道交通车站深基坑的变形特性,分析了围护桩变形、深层土体水平位移及地面沉降的变化规律,探讨了围护桩变形同深层土体水平位移、地面沉降及开挖深度之间的关系。[结果及结论]围护桩水平位移曲线呈鱼腹状,且地层条件对围护桩变形影响明显;围护桩变形和深层土体水平位移大致呈线性关系,其中经验系数取1.30;由于偏载作用,深基坑周边地面沉降较大,围护桩最大水平位移δ_(hm)与地面最大沉降δ_(vm)存在δ_(vm)=(0.9~3.0)δ_(hm)的关系,且两者之间的比例系数大于对称荷载作用下的数值;岩层较强的抵抗变形能力限制了围护桩变形,δ_(hm)与H_(e)存在δ_(hm)=(0.009%~0.060%)H_(e)的关系,且两者之间的比例系数小于对称荷载作用下的数值;深基坑施工对周边环境影响区域主要划分为1区(主要影响区)、2区(次要影响区)和3区(无影响区),基坑施工影响区域约为(0~2.5)H_(e)。

轨道交通全封闭式声屏障列车风压载荷特性分析

基于雷诺平均湍流模型与滑移网格方法,数值模拟了轨道交通车辆通过全封闭式声屏障时声屏障表面风压载荷特性,根据特征波叠加理论计算了声屏障表面脉动风压时程,分析了脉动风压幅值在声屏障内的空间分布特性。结果表明:声屏障同一截面不同测点位置的风压载荷时间变化规律相似,但压力幅值随着测点高度增加而逐渐减小;列车单列通过时,远离运行线路侧声屏障的压力幅值远小于邻近运行线路侧;列车运行速度由80 km/h提高至140 km/h,脉动风压空间分布特性相似,但压力幅值增加约22%;列车会车通过时,声屏障入口与出口端压力波的叠加效应使得声屏障表面压力幅值增大,其中位于远离运行线路侧声屏障压力幅值增加,与邻近运行线路侧声屏障压力幅值接近。

城市轨道交通灵活编组优势及实现条件分析

城市轨道交通列车编组方案影响因素众多,需综合研究确定。灵活编组能够实现客流需求与运输能力的精准匹配,提高满载率,降低牵引能耗和运营成本,对轨道交通绿色可持续发展具有重大意义。以某线路为例,对灵活编组的优势做定性和定量分析,并对“3+3”灵活编组方案的实现条件进行详细研究,结果表明:采用灵活编组方案,满载率能够提高约24.3%;牵引能耗降低约32.6%,全年可节省运营成本约1073万元,具有较好的经济效益;灵活编组对车站土建规模、场段规模均无影响;在站后折返线、停车线等区域进行解编联挂时,对配线长度基本无影响;为实现列车在线解编联挂,设备系统需增加相应的功能。

高频渠化交通条件下路面材料适用性研究

重载渠化交通条件下,要求路面材料具有较高抗车辙性能和优异路用性能,针对智轨快运系统高频重载渠化交通条件,对比多项抗车辙技术。以高掺量抗车辙剂、高模量改性剂、环氧沥青、半柔性沥青混合料为代表,综合评价各材料抗车辙性能及其余路用性能,通过试验比选出环氧沥青与半柔性沥青混合料。与其他抗车辙技术相比,半柔性沥青混合料性能优异,动稳定度达到45 000次/mm,同时兼顾水稳定性和低温性能;环氧沥青在具有优异高温抗车辙性能的基础上,低温性能更有优势。恒应变控制条件下,半柔性沥青混合料抗疲劳性能优异。

城市轨道交通预约出行仿真

为研究分析实施轨道交通预约进站机制对乘客出行效率的影响,通过对乘客乘坐轨道交通全过程进行仿真推演,选取北京轨道交通早高峰时段预约进站试点沙河站所在线路——昌平线作为研究对象,通过获取自动售检票(automatic fare collection, AFC)刷卡数据和列车运行方案对其进行实例分析。结果表明,相较于常规排队进站方式,预约进站机制可有效减少乘客的站外排队时间,并且随着预约人数占所有进站乘客数比例的增加,乘客站外等待时间减少效果更加显著;同时可提高相应列车的区间满载率,这是由于将部分在站外等待的乘客调整至其他时段进站,提高了列车资源利用率,在一定程度上分散乘客需求,但前提是部分乘客的出行习惯将被改变。仿真结果可为各大城市轨道交通车站实施更大规模的预约进站机制提供理论支持。

地铁车辆段路基对列车振动响应数值模拟分析

为研究车辆段不同轨道型式、不同基床结构下路基对列车的振动响应特性,依托郑州地铁铁炉西车辆段工程,开展不同路基结构条件下的动荷载数值模拟分析,研究路基动荷载分布随路基结构的变化规律。结果表明:无砟轨道在列车相同速度下产生的动荷载值小于有砟轨道;基床表层厚度增加对于减小列车行驶产生的动荷载效果更加明显,但过厚的基床会提高路基刚度,不利于应力消散,因此基床厚度加到一定程度后,减小动荷载的作用逐渐不明显。数值模拟结果表明:地铁车辆段路基基床表层、底层厚度设计方案可在“0.3 m+0.9 m”和“0.4 m+0.7 m”的基础上分区,合理制定,以基底动静应力比小于0.2为准,以期道床结构安全、经济、合理。

碳纤维复合材料纵梁承载与吸能特性研究

为验证某轨道交通车辆碳纤维复合材料纵梁的设计值是否满足实际工况要求,采用有限元分析,依据某轨道交通车辆纵梁运营工况的要求,设定了试件连接区域、加载工况及加载点,进行了100%和130%限制载荷试验以及两种工况下的极限载荷试验,并在130%限制载荷试验基础上继续做破坏试验。试验结果显示:在限制载荷试验中,试件未发出明显的响声,试验结束后试件没有发生破坏、纤维分层、开裂等损伤现象,同时加载连接处未发生破坏,表明该试件满足轨道交通车辆实际运营工况要求;破坏试验加载至300%限制载荷,试件整体结构完好,表面未出现明显损伤,加载至500%限制载荷时,夹具出现破坏,试件目测完好无损,整体结构完好,表面未出现明显的损伤,表明该结构的碳纤维复合材料纵梁设计安全裕度较大。

上海轨道交通客流不均衡特征分析

文章立足于上海轨道交通大客流管理的实际情况,以客流的宏观特性和微观特性为切入点,研究了客流不均衡的主要区段和产生原因,并对某连续三年进出站客流和重点车站客流增长的数据进行了分析,对缓解客流不均衡的可行性进行了论证。研究发现,高峰时段的前后邻近时间段内存在较大的满载率和运力余量,采取弹性票价、换乘引导等措施将客流不均衡区段进行转移在理论上是可行的。

基于ACO-SVM的轨道交通供电线路暂态保护研究

基于轨道交通供电系统动态负荷特性,研究轨道交通供电线路故障信号全景特征辨识并构建故障全景信息特征库,应用支持向量机-蚁群算法(ACO-SVM)进行轨道交通供电线路保护技术研究,并进行仿真试验分析,取得阶段性研究成果。

城市轨道交通新建路基对邻近既有桩筏结构路基水平变形的影响

目的:城市轨道交通新建线路并行或接轨既有线路时,往往需要在邻近既有线路新建路基。新建路基的加载会产生地基附加应力,这将导致土体发生沉降及水平位移,从而使得既有线路路基发生变形,同时可能会造成既有线路基发生后续固结变形,进而危害列车运营安全。因此,需要研究邻近既有线路新建路基对既有城市轨道交通桩筏结构路基水平变形的机制和主要影响因素,以保障轨道交通路基建设的安全。方法:以软土地区某邻近新建线路路基工程既有城市轨道交通线路桩筏结构路基为例,采用有限元数值模拟与离心模型试验的方法,研究新建路基加载对邻近既有路基水平变形的影响。结果及结论:在新建路基荷载作用下,邻近地层水平位移随地层深度先增大后减小,其最大值发生在地表以下4 m位置。新建路基与既有路基相邻坡脚间的地层水平位移同距既有路基坡脚距离呈指数关系递增。在邻近加载作用下,既有路基各排桩均向背离新建路基方向产生水平偏移,水平变形量值随着与邻近加载距离增大以及深度的增大而减小,水平变形差异主要位于上中段桩体。靠近加载位置桩基可以有效地阻拦邻近加载在地基中产生的水平土压力和水平位移的发展。

轨道交通环境振动半解析预测方法

准确预测列车引起的环境振动对轨道交通减振降噪具有重要作用。建立点源冲击荷载作用下的轨道-半无限区域大地模型,推导预测列车在轨道上运行时引起大地振动加速度的解析公式。根据该公式,提出基于模型计算列车荷载密度和现场实测大地线源振动传递导纳的轨道交通环境振动半解析预测方法。为验证预测方法的正确性,选择昌九城际铁路某轨道区域实测大地线源振动传递导纳和地面测点振动加速度响应。根据试验区域的轨道结构类型和开行的列车类型,建立列车-轨道非线性耦合系统动力学模型,运用交叉迭代算法求解列车-轨道耦合系统动力学方程和计算列车荷载密度。运用预测公式得到地面各测点振动加速度级。预测结果与实测数据吻合良好,地面各测点加速度幅值及在频域中的分布规律具有很好的一致性,说明了预测方法的正确性。该方法具有预测精度高,容易实施的特点。

考虑满载率均衡的城市轨道交通直通运营开行方案优化

为了优化城市轨道交通直通运营的开行方案,分析了城市轨道交通直通运营的运营组织方法,划分了直通运营条件下乘客OD类型,提出了直通运营条件下的列车满载率不均衡系数的计算方法;加入了对列车多编组以及满载率不均衡性的考虑,以直通运营区间范围、不同列车发车频率、不同列车编组为决策变量,以最小化乘客出行成本、企业运营成本以及满载率不均衡系数为目标,构建了直通运营条件下城市轨道交通列车开行方案优化模型,设计了混合编码的遗传算法进行求解;以北京地铁房山线与9号线为例,研究了高峰时段和平峰时段最优的城市轨道交通直通运营开行方案,对比分析了直通运营与独立运营模式下的区间满载率等运营指标,探究了不同目标权重对最优解及优化结果的影响。结果表明:在高峰时段,与独立运营模式相比,直通运营模式在不改变列车编组的条件下,优化效果达到了12.85%;在平峰时段,开行多编组的列车可以有效地提高全线的满载率均衡性;最后通过权重分析发现随着乘客服务水平权重下降、运营企业成本权重上升,直通列车的发车频率下降,直通运营区段逐渐变小,开通直通运营列车的效果逐渐变差。

轨道交通弹性车轮轮箍承载特性研究

针对轮箍在运用过程中的疲劳失效问题,结合弹性车轮结构特点和承载原理,对轮箍的承载特性及相关影响因素进行系统研究,以提高轮箍的承载强度和弹性车轮运用安全性。为了精确分析弹性车轮轮箍在弹性支撑下的应力特性,基于有限元理论,建立了考虑橡胶块弹性离散支撑的轮箍承载特性参数化计算模型,对不同车轮刚度、轮箍厚度和车轮直径等结构参数下的轮箍应力状态分布、动态变形量、应力幅值等进行了研究。研究结果表明,在车轮运行过程中,轮箍内表面和外表面应力分布均呈“W”形变化趋势,其中内表面以拉应力为主,外表面以压应力为主;随着轮箍厚度、车轮刚度的增大,轮箍承载性能和安全性得到改善;但随着车轮直径的增大,轮箍的承载强度呈降低趋势,因此对于直径较大的弹性车轮应当适当增大车轮刚度及轮箍厚度,以确保轮箍的安全性能。文章的研究方法和结果为弹性车轮结构及性能优化提供了可靠的设计依据,为提高弹性车轮的运用安全可靠性提供了极强的指导作用和参考价值。

基于列车满载率的城市轨道交通进站客流量控制

基于新冠肺炎疫情的防控要求,2020年初北京轨道交通将列车满载率作为客流控制指标,严格控制城市轨道交通的进站客流量。为此,亟需量化各车站的进站客流控制阈值,用以作为现场客流管控的依据。提出了基于列车满载率的进站客流控制模型及相关客流控制方案。首先根据线网的客流特征对控流日客流的OD(起讫点)信息进行预测,再结合列车运行图精确推演出乘客进站—上车—换乘—下车的全过程出行链信息,计算得到乘客出行所乘坐的各计划运行车次的列车满载率数据;然后结合列车满载率控制指标进行逆向推演及反算,得到该计划列次在各站上车的客流控制阈值,再根据车站客流分布特征计算得到各站10 min粒度的进站客流控制阈值;最后,举例说明了该客流控制模型在北京轨道交通线网进站客流控制管理中的科学性及有效性。

城市轨道交通超网络级联故障研究

轨道交通是城市综合客运体系的骨干网络,联系着城市主要客流集散点,其稳定高效的运行可以促进城市社会经济的可持续发展.首先,本文以线路为节点、站点为超边,构建了基于超图的轨道交通超网络模型,提出了线路功能评价指标;其次,基于客流构建了非线性负载-容量级联故障模型,提出了负载二次分配机制,讨论了容量控制参数与不同攻击策略对网络级联失效的影响,并通过网络效率结构指标与客流损失率功能指标量化网络鲁棒性;最后以上海轨道交通网络为例,验证了模型有效性与指标可靠性.结果表明,在不同状态下,容量控制参数具有最优值,可以使网络保持较强稳定性的同时,花费较小的建设成本;在最优参数α=0.9与β=0.95下,网络应对超度蓄意攻击的动态鲁棒性较随机攻击更强,说明合理增大节点容量可以显著提高网络鲁棒性;在静态网络结构中,介数在衡量节点关键程度方面最可靠,而在级联故障背景下,节点功能评价指标最可靠.