雙層輕軌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

陳振

摘 ?要：現(xiàn)階段，城市軌道交通最常用的兩種方式為地鐵、輕軌，由于地鐵存在能耗大，造價(jià)高昂，建設(shè)周期長，技術(shù)要求較高，維修困難，和對(duì)環(huán)境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，建設(shè)輕軌成為我國解決交通擁堵問題的首選方案。通過大量的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前輕軌存在運(yùn)量不大等問題，雙層輕軌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，可以很好的解決這一問題。通過計(jì)算說明本設(shè)計(jì)節(jié)省的時(shí)間;雙層車中心相對(duì)高，驗(yàn)算證明其行車穩(wěn)定性可靠;雙層車軸載大，對(duì)路基要求高以及估算車廂對(duì)路基性能的要求等基本問題。

關(guān)鍵詞：雙層輕軌系統(tǒng)、地鐵、輕軌、穩(wěn)定性

1.研究背景

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和城市化進(jìn)程的加快，客運(yùn)需求急劇增加，但是我國城市交通基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)于西方國家嚴(yán)重落后，城市交通環(huán)境和交通質(zhì)量存在較大差距。一系列嚴(yán)重問題惡化了大城市的投資環(huán)境，限制了大城市的發(fā)展空間，成為大城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)和交通發(fā)展的規(guī)律，大城市解決交通難題的有效途徑就是發(fā)展現(xiàn)代軌道交通。

大運(yùn)量城市軌道交通包括地鐵、輕軌等。由于地鐵存在能耗大，造價(jià)高昂，建設(shè)周期長，技術(shù)要求較高，維修困難，和對(duì)環(huán)境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，使得建設(shè)輕軌成為目前我國解決交通擁堵問題的首選方案。然而，隨著城市規(guī)模的快速發(fā)展，輕軌所存在的諸多問題也日益凸顯，運(yùn)量不足、上下車不便等問題的存在使得普通輕軌已很難滿足人民對(duì)交通出行的要求。

2.設(shè)計(jì)原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地鐵自身有運(yùn)量大、速度快以及準(zhǔn)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但輕軌存在許多地鐵無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能源消耗低、污染少、對(duì)周邊住宅產(chǎn)生的噪音影響較小、造價(jià)較低、建設(shè)周期相對(duì)較短以及對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)勢(shì)。然而，隨著城市規(guī)模的快速發(fā)展，輕軌所存在的諸多問題也日益凸顯，運(yùn)量不足、上下車不便等問題的存在使得普通輕軌已很難滿足人民對(duì)交通出行的要求。雙層輕軌系統(tǒng)及其配套設(shè)施的設(shè)計(jì)研究，汲取了輕軌和地鐵各自的優(yōu)勢(shì)，且能夠很好的解決目前存在的問題。使得輕軌交通能夠得到更好的發(fā)展。

2.2 研究方法

模型法：用于附加軌道和單雙站的研究

疊加法：用于車輛傾覆，脫軌和附加軌道受力的研究

控制變量法：用于車輛能耗和車輛最大橫向受力的研究

轉(zhuǎn)換法：用于車輛傾覆的研究

等效法：用于車輛重心的推論和車輛傾覆的研究

描述法：用于模擬車輛在不同情況下受力的研究

類比法：用于車輛在利用附加軌道轉(zhuǎn)彎時(shí)初始受力的研究

2.3.研究問題

2.3.1.可行性分析

通過查閱資料計(jì)算出雙層動(dòng)車在拐彎時(shí)容易產(chǎn)生脫軌問題，因此我們通過加一條附加軌道方式確保列車安全拐彎，附加軌道采用彈簧滾輪的方式通過雷達(dá)傳輸信號(hào)與列車對(duì)接。再者我們把下車的乘客分單站下和雙站下，雙站下的乘客坐上層這樣就解決了下車擁擠問題。

2.3.2.傾覆問題

雙層輕軌車輛軸重14t，4軸重56t，每車540人，行車間隔3分鐘，行駛速度30.6km/h，車長Mc14800mm，M13900mm，車高7350mm，每側(cè)車門2對(duì)，車輛定員時(shí)重心位置1.2m（距行走面） 滿員時(shí)重心位置1.3m。當(dāng)半徑小于250m時(shí)，要考慮離心力的作用，離心力按照車輛荷載乘以離心力系數(shù)計(jì)算，離心力系數(shù)：

V為計(jì)算行車速度，取V=25km/h

傾覆計(jì)算：

最大垂向力（運(yùn)動(dòng)時(shí)）：

=P（1++） P：靜輪載;：速度系數(shù);：偏載系數(shù)

超高△h=0.2672m

=0.5344 ?Vmax=80km/h ?=0.48

=P（1++）=2.0144P

最大垂向力：=（）=16.1152P

=4.938m ????m=（）/g=1.6444P

=8.1205P

tanθ=/

重心為h，軌間距為d

h×tanθ≤（d/3） ?h =1.7199m

單層輕軌重心為1.2m到1.3m，經(jīng)計(jì)算雙層輕軌列車直線行駛不會(huì)發(fā)生傾覆，轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)有一定的傾覆危險(xiǎn)，轉(zhuǎn)彎處需要設(shè)置附加軌道。

2.3.3.脫軌問題

軌即指車輪輪對(duì)在列車運(yùn)行時(shí)離開鋼軌的現(xiàn)象。脫軌系指機(jī)車車輛的車輪落下軌面（包括脫軌后又自行復(fù)軌），或車輪輪緣頂部高于軌面（因作業(yè)需要的除外，脫軌會(huì)造成列車掉道甚至顛覆。脫軌情況非常復(fù)雜，除因線路破壞造成脫軌外，主是車輪橫向力過大或垂向力減小引起的。

脫軌計(jì)算：

橫向水平力：?jiǎn)挝唬篕N

，——同一輪軸上兩車輪的靜荷載（KN）

脫軌系數(shù)容許值：（H+μ）/≤1.2

脫軌系數(shù)安全值：（H+μ）/≤1.0

在上兩式中μ值取0.24，經(jīng)過計(jì)算可得，（H+μ）/=0.54

若用作用于爬軌的車輪上橫向水平力H與垂直力之比作為脫軌系數(shù)，則

脫軌系數(shù)安全值：H/≤1.0

脫軌系數(shù)容許值：H/≤1.2

我國高速列車極限取0.8，所以列車不會(huì)產(chǎn)生脫軌問題。

3.創(chuàng)新特色

1. ?雙層車廂：載員翻倍，上下層均設(shè)車門，方便快捷。

2.單站：到站時(shí)只開一層車門的車站，這種車站人流量較少。車內(nèi)可設(shè)置行車路線圖，表明所達(dá)車站是上層開門還是下層開門，乘客上車后可直接去等候。

3.雙站：到站時(shí)同時(shí)開啟上下車門的車站，這種車站人流量多。乘客通過上下車門同時(shí)上下車，加快了上下車速度。

4.附加軌道：由于滿載時(shí)雙層輕軌重心（2.0m-2.1m）較普通輕軌重心（1.2m-1.3m）高，通過計(jì)算可得出在經(jīng)過急轉(zhuǎn)彎時(shí)車輛會(huì)有傾覆的危險(xiǎn)，故在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)增加一條附加軌道，用以承受額外的離心力。

5.以德國低地板式輕軌的經(jīng)驗(yàn)是在運(yùn)送相同數(shù)量乘客的前提下，車體每減重1噸，每年節(jié)約電量8000千瓦時(shí)。雙層輕軌軸重14噸，傳統(tǒng)輕軌軸重11噸，也就是說每輛雙層輕軌列車比兩輛傳統(tǒng)輕軌列車每年節(jié)約256000千瓦時(shí)。而且上下車時(shí)間減少，停車時(shí)消耗的能源（空調(diào)、排風(fēng)、照明等）減少。

參考文獻(xiàn)

[1] ?《城市單軌交通國際高級(jí)論壇論文集》 ??中國鐵道車版社

[2] ?David BAYLISS.世界范圍的城市交通可達(dá)性現(xiàn)狀（英文）[J].TRI雜志（交通版），2006（2）：17—18.

[3] ?樊穎瑋.城市交通可持續(xù)發(fā)展問題的思考[J].交通與運(yùn)輸，2006（2）：67.

[4] ?全永棠，孫壯志.關(guān)于BRT與軌道交通的理性思考[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2006，6（2）：117.

[5] ?孫章.城市軌道交通的世紀(jì)回眸[J].上海交通運(yùn)輸，2006（3）：14.

[6] ?P.Y.Loo，L.Y.Chow.可持續(xù)城市交通：理念，政策與方法（英文）[J].ASCE，2006（6）：76—77.

[7] ?施仲衡.城市軌道交通技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J]. 都市快軌交通，2004，7（4）：4-8.

[8] ?顧岷. 我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀與展望 [J].中國鐵路，2011：53-56.