城市轨道交通节能纵坡与牵引计算研究

论文摘要

目前,根据城市轨道交通运营线路的能耗统计分析,列车运行的牵引用电约为总用电量的50%-60%。随着城市轨道交通网络规模的不断扩大,总的运营能耗量呈快速增长的趋势。城市轨道交通线路设计不合理、列车操纵不节能,使得能耗问题越来越突出。因此,如何挖潜降耗,突破关键技术,对降低城市轨道交通运营成本、提高经济效益有着越来越重要的现实意义。因此本文将节能理念融入城市轨道交通设计中,从工程设计开始考虑运营目标的相互协调,使得工程达到最大程度的优化,为列车运行提供节能基础,之后在节能线路设计基础上,研究列车牵引计算,避免了各专业间孤立设计而造成的工程浪费。使得优化设计出来的线路纵断面和列车节能操纵策略,能最大限度的降低城市轨道交通长期运营支出。在节能纵坡取值范围寻优中,对长度1000m、1200m、1500m的区间进行坡段组合,采用现有的城市列车运行计算系统进行模拟仿真,统计不同列车在其上运行的能耗,通过对不同车型在同一组合上的牵引制动能耗进行分析,寻找每个线路组合对应的较优坡度取值范围,同时,分析同一车型在各线路组合间的牵引制动能耗,找出不同区间长度对应的较优区间组合,为城市轨道交通节能线路设计方案提供相应的实验数据值。在列车牵引计算优化方面,对列车处于变坡点的坡度和处于变曲率点的半径进行处理,建立了定时能耗模型,采用了时间步长法进行计算。在时间步长算法中,考虑到坡度和曲线对列车受力的影响：列车处于变坡点时,计算每个时间步长下的折算坡道,列车在曲线变化点时,将每一个车辆经过节点的过程看作一个阶段,认为该阶段过程中列车受力状态相同,在此基础上对该阶段进行牵引计算。在进行牵引计算时,考虑到单质点模型和多质点模型的特点,本文提出采用单质点模型和多质点模型相结合的计算方法,当列车处于非节点时,采用单质点模型进行计算,当列车在变坡点上时,采用改进单质点模型进行计算,当列车经过变曲率点时,采用多质点模型进行分阶段计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和待解决的问题
• 1.2.1 节能纵断面设计研究现状
• 1.2.2 节能纵断面设计待解决的问题
• 1.2.3 列车牵引计算研究现状
• 1.2.4 列车牵引计算待解决的问题
• 1.3 论文结构
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 论文创新
• 1.4 研究方法和技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 城市轨道交通线路纵断面设计约束
• 2.1 变坡点里程约束
• 2.1.1 坡长
• 2.1.2 平纵组合约束
• 2.2 变坡点高程约束
• 2.2.1 坡度
• 2.2.2 控制标高
• 第3章 城市轨道交通节能纵坡寻优
• 3.1 凹形纵断面类型对比
• 3.2 凹形纵断面节能纵坡寻优
• 3.2.1 模拟仿真参数输入
• 3.2.2 不同坡段组合的模拟仿真分析
• 3.3 小结
• 第4章 城市轨道交通列车牵引计算原理
• 4.1 影响因素分析
• 4.2 列车受力分析
• 4.3 力的计算
• 4.3.1 牵引力与制动力的计算
• 4.3.2 运行阻力的计算
• 4.4 列车运行时分和距离解算
• 第5章 定时模式下列车牵引计算优化研究
• 5.1 列车运行模式及操纵方法研究
• 5.1.1 列车运行模式研究
• 5.1.2 定时模式下列车操纵方法研究
• 5.2 定时节能牵引计算模型算法研究
• 5.2.1 问题的描述
• 5.2.2 模型的构造
• 5.2.3 函数的求解
• 5.3 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 硕士论文期间发表学术论文