直線電機(jī)線路主要標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)參數(shù)計(jì)算的初步探

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

摘　要:本文以廣州市軌道交通在國內(nèi)首次采用直線電機(jī)技術(shù)作為城市軌道交通牽引技術(shù)作為背景,首先論述了直線電機(jī)線路主要標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)參數(shù)計(jì)算的必要性,繼而通過采用現(xiàn)行地鐵規(guī)范和采用日本公式進(jìn)行計(jì)算,通過分析對比,初步得出了直線電機(jī)線路主要參數(shù)值的采用建議,最后建議通過試驗(yàn)和實(shí)踐檢驗(yàn)來修正相關(guān)的計(jì)算公式,對研究直線電機(jī)技術(shù)有一定的參考價值。關(guān)鍵詞:軌道交通;直線電機(jī);參數(shù)計(jì)算;日本公式

  1概述   繼廣州地鐵四號線在國內(nèi)首次采用直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)后,廣州地鐵五號線也采用直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)。由于直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)車輛性能與常規(guī)輪軌運(yùn)載系統(tǒng)車輛性能有很大區(qū)別,而目前地鐵規(guī)范的線路標(biāo)準(zhǔn)尚未包含直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),故有必要根據(jù)直線電機(jī)車輛特性參照國內(nèi)外有關(guān)資料和計(jì)算公式重新進(jìn)行計(jì)算分析,初步得出直線電機(jī)線路有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)依據(jù)。   本次計(jì)算系根據(jù)廣州地鐵總公司與四方川綺公司的車輛談判合同有關(guān)車輛的性能數(shù)據(jù),通過應(yīng)用地鐵和鐵路規(guī)范計(jì)算公式方法與應(yīng)用日本計(jì)算公式的對照,經(jīng)分析研究,初步總結(jié)出線路主要標(biāo)準(zhǔn)。   2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)   根據(jù)廣州地鐵公司與四五號線直線電機(jī)車輛采購合同談判結(jié)果,目前五號線直線電機(jī)車輛主要技術(shù)參數(shù)如下:   最小平面曲線半徑:正線為150ｍ,輔助線為100ｍ,車場線為60ｍ;   最小豎曲線半徑:正線3000ｍ,輔助線2000ｍ;   最大坡度:正線為60‰,聯(lián)絡(luò)線、出入段線為70‰,車站線路最大坡度為3‰;   外軌最大超高:120ｍｍ,最大欠超高60ｍｍ,未被平衡離心加速度0.4ｍ/ｓ2;   車輛長度:Ａ車約17200ｍｍ,Ｂ車約16840ｍｍ;   車體寬度:車體外部最大寬度≤2900ｍｍ,在站臺高度處外部最大寬度為2800ｍｍ;   列車結(jié)構(gòu)速度:100ｋｍ/ｈ,列車最大運(yùn)行速度90ｋｍ/ｈ;   起動平均加速度(0～35ｋｍ/ｈ)≥1.0ｍ/ｓ2;   轉(zhuǎn)向架中心距:11140ｍｍ,車輛固定軸距:2000ｍｍ,自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架;   車輪直徑:730ｍｍ(新輪)。   3　按國內(nèi)有關(guān)規(guī)范,公式進(jìn)行計(jì)算   3.1　速度計(jì)算   (1)在設(shè)定最大超高時通過曲線的速度計(jì)算公式除了Ｈｍａｘ=120ｍｍ外,還對Ｈｍａｘ=130ｍｍ和Ｈｍａｘ=140ｍｍ計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示,最大超高由120ｍｍ提高到130ｍｍ和由130ｍｍ提高到140ｍｍ,同一半徑下的速度只增加3ｋｍ/ｈ左右。同一曲線半徑,公式Ⅱ的計(jì)算結(jié)果比公式Ⅰ的大3～9ｋｍ/ｈ。取值原則按計(jì)算最大速度預(yù)留適當(dāng)?shù)陌踩辉Ａ俊?  (2)根據(jù)未被平衡的離心加速度計(jì)算公式ａ=ａ1+ａ2   ａ1:允許未被平衡離心加速度,取0.4ｍ/ｓ2   ａ2:由最大超高產(chǎn)生的向心加速度9.8Ｈｍａｘ/1500   Ｒ-曲線半徑   同樣對Ｈｍａｘ=130ｍｍ和Ｈｍａｘ=140ｍｍ的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,計(jì)算結(jié)果與(1)相近。   (3)根據(jù)動能損失計(jì)算公式ｗ-動能損失值,取0.5ｋｍ2/ｈ2   ｄ-曲線中部最大輪軌游間,經(jīng)計(jì)算為0.01618ｍ   (4)根據(jù)未被平衡的離心加速度增量計(jì)算公式公式       ａ-未被平衡的離心加速度   Ｒ-曲線半徑(ｍ)   Ｌ-車輛全軸距(ｍ)   由于廣州地鐵一二號線采用Ａ型車,三號線采用的是快線Ｂ型車,對這兩種車也進(jìn)行了計(jì)算比較,直線電機(jī)計(jì)算結(jié)果與(1)有差別:當(dāng)Ｒ100ｍ時計(jì)算結(jié)果比(1)的大約3ｋｍ/ｈ(同一曲線半徑),當(dāng)Ｒ≥100ｍ時計(jì)算結(jié)果比(1)的小(同一曲線半徑),半徑越大,小得越多,如Ｒ=600時的計(jì)算結(jié)果比(1)的小約24.3ｋｍ/ｈ。   結(jié)論:通過以上計(jì)算,直線電機(jī)通過各種半徑曲線最大速度取值根據(jù)國內(nèi)計(jì)算公式宜按結(jié)果取值。   3.2　車輛通過最小曲線半徑計(jì)算Ｄ-車輛的固定軸距(ｍ)   Ｍ-輪緣與鋼軌間的間隙或轉(zhuǎn)向架的偏移量(ｍ)   結(jié)果顯示:直線電機(jī)可通過的最小半徑為60ｍ,而廣州地鐵一、二、三號線則為150ｍ。   3.3緩和曲線長度計(jì)算   計(jì)算是參照地鐵規(guī)范計(jì)算公式和方法,從超高順坡率要求,從限制超高時變率保證乘客舒適度和從限制未被平衡離心加速度時變率保證乘客舒適度三個方面,考慮超高順高順坡的要求,歸納出計(jì)算公式:   (1)當(dāng)Ｖ≤50ｋｍ/ｈ時,   超高公式Ｈ=11.8Ｖ2/Ｒ   緩和曲線長度ｌ=Ｈ/3≥20ｍ   Ｖ一設(shè)計(jì)速度(ｋｍ/ｈ)   Ｒ一曲線半徑(ｍ)   (2)當(dāng)50ｋｍ/ｈＶ70ｋｍ/ｈ時   超高公式Ｈ=11.8Ｖ2/Ｒ   緩和曲線長度ｌ=Ｈ/2≥20ｍ   (3)當(dāng)70ｋｍ/ｈＶ≤3.2時   超高公式Ｈ=11.8Ｖ2/Ｒ   緩和曲線長度公式ｌ=0.007ＶＨ≥20ｍ   3.4超高計(jì)算   超高公式Ｈ=11.8Ｖ2/Ｒ   不同曲線半徑、不同速度的超高計(jì)算結(jié)果匯總略。   3.5豎曲線最小半徑和設(shè)置豎曲線兩相鄰坡度差計(jì)算   由于直線電機(jī)系統(tǒng)對車輛電機(jī)與感應(yīng)板產(chǎn)的間隙有嚴(yán)格要求,而間隙誤差來自軌道、線路等各個方面,這樣留給線路的誤差約為1ｍｍ。計(jì)算結(jié)果為:當(dāng)相鄰坡度差△ｉ≥1.6時應(yīng)設(shè)豎曲線,而豎曲線最小半徑為Ｒ≥3125ｍ,考慮各種因素取△ｉ≥2‰時需設(shè)置豎曲線,豎曲線最小半徑為Ｒ≥3000ｍ。(感應(yīng)板長度分5ｍ、2.5ｍ、1.25ｍ三種)   4按日本公式進(jìn)行計(jì)算   車輛參數(shù):   最小平面曲線半徑:正線為100ｍ,輔助線為50ｍ;   車輛長度:Ａ車約15800ｍｍ,Ｂ車約15600ｍｍ;   車體寬度:車體外部最大寬度=2490ｍｍ,在站臺高度處外部最大寬度為2490ｍｍ;   列車結(jié)構(gòu)速度:80ｋｍ/ｈ,列車最大運(yùn)行速度70ｋｍ/ｈ;   起動平均加速度(0～35ｋｍ/ｈ)≥0.9ｍ/ｓ2;   轉(zhuǎn)向架軸距:1900ｍｍ,車輛定距:10500ｍｍ,自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架;   車輪直徑:660ｍｍ(新輪)。   4.1緩和曲線長度計(jì)算   公式Ⅰ:ｌ1=400Ｈ   Ｈ-超高   公式Ⅱ:ｌ2=5.25ＨＶ   Ｈ-超高(ｍ)   Ｖ-速度(ｋｍ/ｈ)   計(jì)算按最大超高120ｍｍ,最大欠超高60ｍｍ進(jìn)行。從計(jì)算結(jié)果可知,相同曲線半徑和超高公式Ⅰ、公式Ⅱ的計(jì)算結(jié)果是不相同的,取值按相同曲線半徑、相同超高下按兩個公式計(jì)算的大值取,結(jié)果匯總略。   4.2軌距加寬   公式:Ｓ=1805/Ｒ-6   Ｒ-曲線半徑(ｍ)   表1結(jié)果表明當(dāng)Ｒ≤200ｍ時需進(jìn)行軌距加寬。列下表并與地鐵規(guī)范中的Ａ型車和Ｂ型車進(jìn)行對比:4.3超高   公式:Ｈ=11.3Ｖ2/Ｒ   Ｒ-曲線半徑(ｍ)   Ｖ-通過曲線速度(ｋｍ/ｈ)   其計(jì)算結(jié)果與地鐵規(guī)范相比,相同曲線半徑、相同速度下按日本公式計(jì)算結(jié)果為地鐵規(guī)范的11.3/11.8=95.8%,即按日本公式計(jì)算的超高略小。   5緩和曲線長度按日本公式和規(guī)范公式計(jì)算的橫向比較   將緩和曲線長度按日本公式和規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果匯總列于同一表中進(jìn)行橫向比較,Ｈｍａｘ=120ｍｍ、Ｈｍａｘ=130ｍｍ、Ｈｍａｘ=140ｍｍ的不同可知有如下特點(diǎn):   (1)隨著曲線半徑的增大,速度的進(jìn)級按日本公式計(jì)算的要早。從前述可知,由于按日本公式計(jì)算的超高略小,故達(dá)到相同的最大超高和相同的曲線半徑,按日本公式計(jì)算的速度略大。   (2)當(dāng)Ｖ55ｋｍ/ｈ時,相同曲線半徑、相同速度下,按日本公式計(jì)算的緩和曲線長度比按規(guī)范公式計(jì)算的緩和曲線長度值大(或相等);當(dāng)Ｖ≥55ｋｍ/ｈ時,相同曲線半徑、相同速度下,按日本公式計(jì)算的緩和曲線長度比按規(guī)范公式計(jì)算的緩和曲線長度值小(或相等)。   6　結(jié)論分析   通過以上對比分析,采用日本公式計(jì)算的結(jié)果與直線電機(jī)系統(tǒng)的特性比較接近,可作初步為直線電機(jī)相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)值,建議再通過有關(guān)試驗(yàn)和實(shí)踐檢驗(yàn)和修計(jì)算公式和計(jì)算方法的正確性,從而進(jìn)一步確定直線電機(jī)線路有關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式,為研究直線電機(jī)技術(shù)解決部分的技術(shù)問題,這對對研究直線電機(jī)技術(shù)和直線電機(jī)將來更廣泛的應(yīng)用具有一定的意義。