懸掛式單軌交通車輛限界分析與計(jì)算

張茂帆， 王孔明， 李　磊， 李　芾， 楊文銳， 吳　曉

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川 成都　610031； 2.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 四川 成都　610031；

3.南昌軌道交通有限責(zé)任公司， 江西 南昌　330000)

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懸掛式單軌交通車輛限界分析與計(jì)算

張茂帆1， 王孔明1， 李磊2， 李芾2， 楊文銳3， 吳曉1

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川 成都610031； 2.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 四川 成都610031；

3.南昌軌道交通有限責(zé)任公司， 江西 南昌330000)

摘要：就懸掛式單軌交通系統(tǒng)車輛限界進(jìn)行研究，并對(duì)其應(yīng)該涉及的相關(guān)因素進(jìn)行了說(shuō)明，推導(dǎo)并得出了懸掛式單軌交通系統(tǒng)的車輛限界計(jì)算公式與計(jì)算結(jié)果，此為懸掛式單軌交通工程建設(shè)提供了參考依據(jù).

關(guān)鍵詞：懸掛式單軌交通；車輛限界；計(jì)算

0引言

立體交通模式可有效解決中小型城市交通擁堵問(wèn)題，懸掛式單軌交通方式為立體交通模式中的一種.目前，在國(guó)外，如德國(guó)與日本單軌交通應(yīng)用廣泛，在國(guó)內(nèi)，上海、鞍山、揚(yáng)州等地都已在建或正在規(guī)劃懸掛式單軌交通線路[1].鑒于懸掛式單軌交通在國(guó)內(nèi)未有應(yīng)用先例，且與傳統(tǒng)的輪軌車輛有明顯的差別，使得懸掛式單軌交通限界無(wú)法直接借鑒德國(guó)有軌電車限界設(shè)計(jì)暫行規(guī)定BOStrab或我國(guó)地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)CJJ96-2003來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而國(guó)內(nèi)外目前也沒(méi)有針對(duì)單軌交通的限界標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范可以直接引用，故本研究根據(jù)懸掛式單軌交通特點(diǎn)，分析了懸掛式單軌交通車輛限界的計(jì)算原則，同時(shí)結(jié)合文獻(xiàn)[2]的單軌車輛方案給出了車輛限界的計(jì)算方法，擬為懸掛式單軌交通工程建設(shè)提供參考依據(jù).

1車輛限界計(jì)算原則

1.1車輛限界計(jì)算參數(shù)

2014年，中鐵二院在《懸掛式單軌交通系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的適應(yīng)性及關(guān)鍵技術(shù)研究》項(xiàng)目中研究設(shè)計(jì)了適用于國(guó)內(nèi)的懸掛式單軌交通車輛結(jié)構(gòu)及參數(shù)，本研究根據(jù)中鐵二院懸掛式單軌交通系統(tǒng)功能定位及車輛方案研究報(bào)告[2]確定了車輛限界計(jì)算參數(shù)，其中車輛主要參數(shù)如表1所示.

1.2車輛限界計(jì)算基本原則

車輛限界，是車輛在平直軌道上以規(guī)定速度運(yùn)行的正常運(yùn)行狀態(tài)下的限界， 非正常運(yùn)行工況產(chǎn)生的附加偏移量在設(shè)備限界安全距離中考慮，而曲線地段附加因素則在設(shè)備限界加寬加高內(nèi)考慮.

表1車輛限界計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng) 目數(shù) 值項(xiàng) 目數(shù) 值車輛長(zhǎng)度/mm15400車輛寬度/mm2580車輛高度/mm3085客室凈高/mm2035車輛定距/mm9500轉(zhuǎn)向架固定軸距/mm1650列車編組/M2車輛底部距軌面高度/mm3727車輛頂部距軌面高度/mm642

車輛限界偏移量計(jì)算應(yīng)該按照車體及懸吊桿，轉(zhuǎn)向架，回、受流裝置3大部分進(jìn)行計(jì)算.由側(cè)傾角度引起的偏移量和角偏移的偏移方向存在同向和反向2種不同組合，需要同時(shí)加以考慮.對(duì)于影響車輛限界因素中的非隨機(jī)因素按照線性相加而成，而對(duì)于隨機(jī)因素則按照高斯概率分布采取均方根合成.

1.3車輛限界計(jì)算相關(guān)因素

在進(jìn)行車輛限界計(jì)算時(shí)，需要考慮的因素包括：車輛的制造誤差和維修限度；轉(zhuǎn)向架走行輪對(duì)、導(dǎo)向輪對(duì)處于軌道梁中上最不利運(yùn)行位置；輪對(duì)相對(duì)于構(gòu)架的橫向位移量；構(gòu)架相對(duì)于車體的橫向位移量；車輛空重車撓度差和垂向位移量；走行軌道、導(dǎo)向軌道的幾何偏差、磨耗、維修限度及彈性變形量；空氣彈簧的側(cè)滾位移量；因車輛制造、載荷不對(duì)稱、軌道水平不平順引起的偏斜；鐘擺效應(yīng)引起的車體位移；由側(cè)風(fēng)引起的車體傾斜.

此外，以下3種非正常故障工況因素則不需要在車輛限界計(jì)算中考慮， 但需要在車輛限界和設(shè)備限界之間留的安全裕量中加以考慮[3]：二系空氣彈簧失效(失氣、過(guò)充)；走行輪對(duì)、導(dǎo)向輪對(duì)失效(失氣)以及強(qiáng)側(cè)風(fēng)(風(fēng)速大于115 km/h)[4].

1.4車輛輪廓線確定

車輛輪廓線，是指車輛斷面上最外點(diǎn)的連線，是車輛限界計(jì)算的重要依據(jù).在進(jìn)行車輛限界計(jì)算之前必須確定車輛輪廓線坐標(biāo)控制點(diǎn)，此需要注意以下2點(diǎn)：其一，車體上的最大偏移位置必須設(shè)置控制點(diǎn)，例如車體頂部安裝的空調(diào)等設(shè)備、車體端部、車體下端等；其二，在如實(shí)反映車輛外形的情況下，車輛輪廓線的范圍應(yīng)該盡量小，同時(shí)不能過(guò)于復(fù)雜[4].

基于以上車輛控制點(diǎn)的確定原則，懸掛式單軌交通車輛輪廓線坐標(biāo)如表2所示，其基準(zhǔn)坐標(biāo)系是垂直于直線軌道梁的二維平面直角坐標(biāo)，橫坐標(biāo)軸(X軸)與走行軌面相切，縱坐標(biāo)軸(Y軸)垂直于走行軌面，該坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為軌道梁橫向中心點(diǎn)，車輛輪廓線如圖1所示.

表2　車輛輪廓線坐標(biāo)點(diǎn)(單位：mm)

圖1懸掛式單軌交通車輛輪廓線

表2中，1、3、4點(diǎn)為受、回流器上的控制點(diǎn)，2、5～8為轉(zhuǎn)向架上的控制點(diǎn)，9、10為懸吊桿上的控制點(diǎn)，11～14為車體上的控制點(diǎn).

2車輛限界計(jì)算方法

車輛限界由車輛輪廓線各點(diǎn)坐標(biāo)加橫向及豎向偏移量得到，并按照車體與懸吊裝置，轉(zhuǎn)向架與受、回流裝置3部分進(jìn)行計(jì)算.下面給出車體橫向偏移和橫向側(cè)滾位移同向時(shí)的偏移量計(jì)算公式，轉(zhuǎn)向架及受、回流裝置的偏移量計(jì)算公式.

2.1車體和懸吊裝置偏移量計(jì)算

2.1.1橫向偏移量.

(ΔMt2)2+(ΔMt3)2+(ΔMt4)2+(ΔMt5)2+

(ΔMt18)2+[ΔC或(Δ′C)]2+

(1)

2.1.2豎向向上偏移量.

(ΔMt6)2+(ΔMt8)2+(ΔMt7)2+

(2)

2.1.3豎向向下偏移量.

ΔYBPD=f01+f1+f02+f2+ΔMt9+δe+δW0+δW1+

(3)

2.2轉(zhuǎn)向架偏移量計(jì)算

2.2.1導(dǎo)向輪部分.

1)橫向偏移量.

(4)

2)豎向向上偏移量.

(5)

3)豎向向下偏移量.

(6)

2.2.2走行輪部分.

1)橫向偏移量.

(7)

2)豎向偏移量.

(8)

2.3受流器、回流器偏移量計(jì)算

2.3.1受流器偏移量.

受流器限界按照轉(zhuǎn)向架走行輪偏移和受流器偏移組合工況計(jì)算.

1)橫向偏移量.

ΔXSL=ΔXRt+ΔMt15

(9)

2)豎向偏移量.

ΔYSL=ΔXRt+ΔMt16

(10)

2.3.2回流器偏移量.

回流器限界按照轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向輪偏移和回流器偏移組合工況計(jì)算.

1)橫向偏移量.

ΔXHL=ΔXt+ΔMt15

(11)

2)豎向向上偏移量.

ΔXHLu=ΔXtu+ΔMt16

(12)

3)豎向向下偏移量.

ΔXSLd=ΔXtd+ΔMt16

(13)

2.4公式中的參數(shù)及取值

公式中各參數(shù)的含義及取值如表3所示.

表3　計(jì)算參數(shù)及取值

3計(jì)算結(jié)果

由上述偏移量計(jì)算方法進(jìn)一步計(jì)算可以得出懸

掛式單軌交通車輛限界，車輛限界各控制點(diǎn)坐標(biāo)如表4所示，車輛限界計(jì)算結(jié)果如圖2所示.

表4　車輛限界控制點(diǎn)坐標(biāo)(單位：mm)

圖2懸掛式單軌車輛限界結(jié)果示意圖

4結(jié)語(yǔ)

懸掛式單軌交通系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)屬于全新制式的城軌交通系統(tǒng)，其車輛的限界設(shè)計(jì)還屬于空白，本研究通過(guò)建立公式計(jì)算得出的懸掛式單軌車輛限界，并利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析進(jìn)行了驗(yàn)證.結(jié)果表明，公式計(jì)算與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算得出的車輛限界較為吻合.本研究結(jié)論為懸掛式單軌交通系統(tǒng)車輛限界設(shè)計(jì)提供了理論支撐和科學(xué)的計(jì)算方法，為懸掛式單軌交通系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供了有益的參考借鑒.

參考文獻(xiàn)：

[1]孫麗朝.“空中列車”或成基建投資拉動(dòng)新熱點(diǎn)[N].中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)，2015-04-20(A03).http://news.cb.com.cn/html/economy-9-24737-1.html.

[2]王孔明,王伯銘.懸掛式單軌交通系統(tǒng)功能定位及車輛方案研究報(bào)告[R].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2014.

[3]倪昌.論車輛限界計(jì)算方法[J].地鐵與輕軌，2002，15(4)：20-23.

[4]建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所.CJJ96-2003地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[5]倪昌.我國(guó)與德國(guó)的限界標(biāo)準(zhǔn)的異同和特點(diǎn)[J].都市快軌交通，2005，18(2)：15-20.

Analysis and Calculation of Vehicle Gauge of Suspension Monorail Transit

ZHANGMaofan1,WANGKongming1,LILei2,LIFu2,YANGWenrui3,WUXiao1

(1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd., Chengdu 610031,China;2.Mechanical Engineering College, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;3.Nanchang Rail Transit Co., Ltd., Nanchang 330000, China)

Abstract:The paper studies the vehicle gauge of suspension monorail transit system and elaborates on the elements that should be considered in vehicle gauge calculation.Then the paper obtains the calculation formula and the results of the vehicle gauge of the suspension monorail transit system and provides references for the engineering construction of suspension monorail transit.

Key words:suspension monorail transit;vehicle gauge;calculation

中圖分類號(hào)：U260.2+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：張茂帆(1964 — )， 男， 高級(jí)工程師， 從事軌道交通工程設(shè)計(jì)研究.

基金項(xiàng)目：中國(guó)中鐵股份有限公司重點(diǎn)科研計(jì)劃(2014-重點(diǎn)-41)資助項(xiàng)目.

收稿日期：2016-01-11.

文章編號(hào)：1004-5422(2016)01-0081-05