悬挂式单轨交通车辆限界分析与计算

张茂帆， 王孔明， 李　磊， 李　芾， 杨文锐， 吴　晓

(1.中铁二院工程集团有限责任公司， 四川 成都　610031； 2.西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都　610031；

3.南昌轨道交通有限责任公司， 江西 南昌　330000)



悬挂式单轨交通车辆限界分析与计算

张茂帆1， 王孔明1， 李磊2， 李芾2， 杨文锐3， 吴晓1

(1.中铁二院工程集团有限责任公司， 四川 成都610031； 2.西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都610031；

3.南昌轨道交通有限责任公司， 江西 南昌330000)

摘要：就悬挂式单轨交通系统车辆限界进行研究，并对其应该涉及的相关因素进行了说明，推导并得出了悬挂式单轨交通系统的车辆限界计算公式与计算结果，此为悬挂式单轨交通工程建设提供了参考依据.

关键词：悬挂式单轨交通；车辆限界；计算

0引言

立体交通模式可有效解决中小型城市交通拥堵问题，悬挂式单轨交通方式为立体交通模式中的一种.目前，在国外，如德国与日本单轨交通应用广泛，在国内，上海、鞍山、扬州等地都已在建或正在规划悬挂式单轨交通线路[1].鉴于悬挂式单轨交通在国内未有应用先例，且与传统的轮轨车辆有明显的差别，使得悬挂式单轨交通限界无法直接借鉴德国有轨电车限界设计暂行规定BOStrab或我国地铁限界标准CJJ96-2003来进行计算，而国内外目前也没有针对单轨交通的限界标准或规范可以直接引用，故本研究根据悬挂式单轨交通特点，分析了悬挂式单轨交通车辆限界的计算原则，同时结合文献[2]的单轨车辆方案给出了车辆限界的计算方法，拟为悬挂式单轨交通工程建设提供参考依据.

1车辆限界计算原则

1.1车辆限界计算参数

2014年，中铁二院在《悬挂式单轨交通系统在国内应用的适应性及关键技术研究》项目中研究设计了适用于国内的悬挂式单轨交通车辆结构及参数，本研究根据中铁二院悬挂式单轨交通系统功能定位及车辆方案研究报告[2]确定了车辆限界计算参数，其中车辆主要参数如表1所示.

1.2车辆限界计算基本原则

车辆限界，是车辆在平直轨道上以规定速度运行的正常运行状态下的限界， 非正常运行工况产生的附加偏移量在设备限界安全距离中考虑，而曲线地段附加因素则在设备限界加宽加高内考虑.

表1车辆限界计算主要技术参数

项 目数 值项 目数 值车辆长度/mm15400车辆宽度/mm2580车辆高度/mm3085客室净高/mm2035车辆定距/mm9500转向架固定轴距/mm1650列车编组/M2车辆底部距轨面高度/mm3727车辆顶部距轨面高度/mm642

车辆限界偏移量计算应该按照车体及悬吊杆，转向架，回、受流装置3大部分进行计算.由侧倾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种不同组合，需要同时加以考虑.对于影响车辆限界因素中的非随机因素按照线性相加而成，而对于随机因素则按照高斯概率分布采取均方根合成.

1.3车辆限界计算相关因素

在进行车辆限界计算时，需要考虑的因素包括：车辆的制造误差和维修限度；转向架走行轮对、导向轮对处于轨道梁中上最不利运行位置；轮对相对于构架的横向位移量；构架相对于车体的横向位移量；车辆空重车挠度差和垂向位移量；走行轨道、导向轨道的几何偏差、磨耗、维修限度及弹性变形量；空气弹簧的侧滚位移量；因车辆制造、载荷不对称、轨道水平不平顺引起的偏斜；钟摆效应引起的车体位移；由侧风引起的车体倾斜.

此外，以下3种非正常故障工况因素则不需要在车辆限界计算中考虑， 但需要在车辆限界和设备限界之间留的安全裕量中加以考虑[3]：二系空气弹簧失效(失气、过充)；走行轮对、导向轮对失效(失气)以及强侧风(风速大于115 km/h)[4].

1.4车辆轮廓线确定

车辆轮廓线，是指车辆断面上最外点的连线，是车辆限界计算的重要依据.在进行车辆限界计算之前必须确定车辆轮廓线坐标控制点，此需要注意以下2点：其一，车体上的最大偏移位置必须设置控制点，例如车体顶部安装的空调等设备、车体端部、车体下端等；其二，在如实反映车辆外形的情况下，车辆轮廓线的范围应该尽量小，同时不能过于复杂[4].

基于以上车辆控制点的确定原则，悬挂式单轨交通车辆轮廓线坐标如表2所示，其基准坐标系是垂直于直线轨道梁的二维平面直角坐标，横坐标轴(X轴)与走行轨面相切，纵坐标轴(Y轴)垂直于走行轨面，该坐标系的坐标原点为轨道梁横向中心点，车辆轮廓线如图1所示.

表2　车辆轮廓线坐标点(单位：mm)

图1悬挂式单轨交通车辆轮廓线

表2中，1、3、4点为受、回流器上的控制点，2、5～8为转向架上的控制点，9、10为悬吊杆上的控制点，11～14为车体上的控制点.

2车辆限界计算方法

车辆限界由车辆轮廓线各点坐标加横向及竖向偏移量得到，并按照车体与悬吊装置，转向架与受、回流装置3部分进行计算.下面给出车体横向偏移和横向侧滚位移同向时的偏移量计算公式，转向架及受、回流装置的偏移量计算公式.

2.1车体和悬吊装置偏移量计算

2.1.1横向偏移量.

(ΔMt2)2+(ΔMt3)2+(ΔMt4)2+(ΔMt5)2+

(ΔMt18)2+[ΔC或(Δ′C)]2+

(1)

2.1.2竖向向上偏移量.

(ΔMt6)2+(ΔMt8)2+(ΔMt7)2+

(2)

2.1.3竖向向下偏移量.

ΔYBPD=f01+f1+f02+f2+ΔMt9+δe+δW0+δW1+

(3)

2.2转向架偏移量计算

2.2.1导向轮部分.

1)横向偏移量.

(4)

2)竖向向上偏移量.

(5)

3)竖向向下偏移量.

(6)

2.2.2走行轮部分.

1)横向偏移量.

(7)

2)竖向偏移量.

(8)

2.3受流器、回流器偏移量计算

2.3.1受流器偏移量.

受流器限界按照转向架走行轮偏移和受流器偏移组合工况计算.

1)横向偏移量.

ΔXSL=ΔXRt+ΔMt15

(9)

2)竖向偏移量.

ΔYSL=ΔXRt+ΔMt16

(10)

2.3.2回流器偏移量.

回流器限界按照转向架导向轮偏移和回流器偏移组合工况计算.

1)横向偏移量.

ΔXHL=ΔXt+ΔMt15

(11)

2)竖向向上偏移量.

ΔXHLu=ΔXtu+ΔMt16

(12)

3)竖向向下偏移量.

ΔXSLd=ΔXtd+ΔMt16

(13)

2.4公式中的参数及取值

公式中各参数的含义及取值如表3所示.

表3　计算参数及取值

3计算结果

由上述偏移量计算方法进一步计算可以得出悬

挂式单轨交通车辆限界，车辆限界各控制点坐标如表4所示，车辆限界计算结果如图2所示.

表4　车辆限界控制点坐标(单位：mm)

图2悬挂式单轨车辆限界结果示意图

4结语

悬挂式单轨交通系统在国内属于全新制式的城轨交通系统，其车辆的限界设计还属于空白，本研究通过建立公式计算得出的悬挂式单轨车辆限界，并利用系统动力学仿真分析进行了验证.结果表明，公式计算与动力学仿真计算得出的车辆限界较为吻合.本研究结论为悬挂式单轨交通系统车辆限界设计提供了理论支撑和科学的计算方法，为悬挂式单轨交通系统工程设计提供了有益的参考借鉴.

参考文献：

[1]孙丽朝.“空中列车”或成基建投资拉动新热点[N].中国经营报，2015-04-20(A03).http://news.cb.com.cn/html/economy-9-24737-1.html.

[2]王孔明,王伯铭.悬挂式单轨交通系统功能定位及车辆方案研究报告[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2014.

[3]倪昌.论车辆限界计算方法[J].地铁与轻轨，2002，15(4)：20-23.

[4]建设部标准定额研究所.CJJ96-2003地铁限界标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[5]倪昌.我国与德国的限界标准的异同和特点[J].都市快轨交通，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

中图分类号：U260.2+2

文献标志码：A

作者简介：张茂帆(1964 — )， 男， 高级工程师， 从事轨道交通工程设计研究.

基金项目：中国中铁股份有限公司重点科研计划(2014-重点-41)资助项目.

收稿日期：2016-01-11.

文章编号：1004-5422(2016)01-0081-05