高速磁悬浮列车技术综述

摘要:从高速磁悬浮交通技术发展历程出发,综述了常导电磁悬浮(EMS)、超导电动磁悬浮(EDS)、高温超导(HTS)磁悬浮(钉扎磁悬浮)和“超级高铁”(Hyperloop)永磁电动悬浮等4种高速磁悬浮列车的基本原理和技术特点;从安全性能、运营速度、运营维护、应用前景等四方面综合比较了4种高速磁悬浮列车技术方案的优缺点.研究结果表明:应以政府为主导,统筹谋划中国高速磁悬浮交通的未来发展建议,在常导电磁悬浮列车技术研发经验基础上,将超导电动磁悬浮、高温超导磁悬浮和真空管道高速磁悬浮关键技术研究列入国家科技研发计划,建设中试线试验基地进行布局研发,并有序规划试验线,从而构建中国在磁悬浮交通领域的综合研究体系、试验体系、标准体系和产品体系;在中国特色社会主义制度优势下,应充分把握高速磁悬浮交通发展的战略机遇,遵循科学与技术发展规律和大型系统工程创新研发流程,立足于已有研究基础,持续推进技术进步;4种高速磁悬浮列车由于技术成熟度不同,研究进程安排应循序渐进,分类实施,确保中国在高速及超高速交通运输领域的持续领先地位,为“交通强国”战略的实施作出积极贡献.

复合材料在高速列车上的应用:大型、复杂、通用

摘要:复合材料学是一门涉及到物理、化学、物理化学、传热学、金属学、力学等多学科的典型的边缘学科。复合材料是由基体材料(聚合物材料、金属、陶瓷)和增强体(纤维、晶须、颗粒)复合而成的具有优异综合性能的新型材料,是本世纪发展最迅速的新材料之一。而高性能复合材料在高速列车上的应用也变得日益广泛。

气动激励下高速列车车体受电弓平顶声振特性研究

摘要:为掌握受高速列车电弓区域气动荷载对车体顶板的作用机理及顶板结构的声振响应与传递特性,采用计算流体力学方法对受电弓区域流场进行数值模拟获得气动激励;采用“波数-频率”方法提取到顶板壁面脉动压力的声学分量和对流分量;分别以扩散声场模型和Corcos 湍流激励模型分析声学分量和对流分量作用下顶板结构的声振响应及传递特性,并定量分析受电弓平顶各部件对车内噪声的贡献。研究结果表明:受电弓对平顶气动激励主要有涡脱落引发的气动声压以及脱落的漩涡撞击车体壁面产生的湍流激励。350 km/h 来流速度下,受电弓平顶壁面总的脉动压力为144.2 dB,其中对流分量为143.5 dB,声学分量为136.4 dB。而由于声学分量的波数更接近受电弓平顶结构的弯曲波波数,因此更能激发受电弓平顶的声振响应:气动声压激励下受电弓平顶的辐射声功率为80.4 dB(A),湍流激励下的声功率为60.6 dB(A)。气动激励下车体型材是最主要的结构声源,振动传递至内饰顶板辐射噪声是该区域第二大结构噪声源。气动声压激励下车体型材对车内贡献占比77%,内饰顶板占比为17.9%;湍流激励下车体型材对车内贡献占比为67.7%,内饰顶板占比为21.6%。

高速铁路路基与桥梁过渡段施工技术研究

摘要:针对高速铁路路基与桥梁过渡段刚度突变引起的差异沉降与桥头跳车问题,依托工程实践提出满足现行规范沉降与沉降差控制要求的施工-质控成套技术。采用差异化地基处理、水泥稳定级配碎石过渡填料、分层填筑碾压及排水-桥台衔接一体化措施,并以压实度(K) 与动态变形模量(Evd)双指标检测、自动化沉降监测与双曲线法评估构建闭环。监测结果表明:过渡段轨道质量指数(TQI) 均值3.2 mm,轮轨垂向力增幅<10%,运营2年累计沉降<2 mm、沉降差<1 mm;施工效率提高约30%,成本降低约15%。

市域列车车下裙板结构研究

摘要:[目的] 市域列车车下裙板布置于车辆下部设备的侧面,可优化车下区域的空气动力学性能,减少空气阻力,并为日常检修维护提供便利。裙板结构强度需要满足列车运营的各种载荷要求,因此,有必要研究车下裙板的结构特点及其影响因素,为车下裙板技术方案及车辆设计提供决策依据。[方法] 根据设备检修的不同需求,车下裙板可分为固定裙板和活动裙板。活动裙板在运营时需要经常开闭,因此对活动裙板展开了重点分析。从裙板型材、裙板锁、支撑杆这3 个主要部件入手,分析了这三者的作用、安装形式及结构特点。结合检修运维便利性、列车质量控制、空气动力学等方面的要求,对车下裙板结构展开了进一步研究。[结果及结论] 在确定车下裙板结构时,应综合考虑维护需求、运行条件、成本控制与减阻等多重要素,遵循相关标准规范,以实现结构优化与功能的平衡。通过研究分析所得出的考量路径为:首先,考虑设备检修需求以确定车下裙板的布置方式、裙板长度;其次,考虑列车运营载荷以确定裙板的断面尺寸、连接结构形式;最后,考虑整车的空气动力学性能以确定整车的空气阻力指标。

高速动车组车下区域结构轻量化设计

摘要:[目的] 为满足CR450 型动车组顶层指标,针对车体、转向架、牵引等系统,已采取了结构优化、材料优化、功能优化等轻量化措施,但仍不满足轻量化对14.5 t 轴重的要求,有必要进一步挖掘其他减重方式。[方法] 对CR450 型动车组车下设备安装的结构特点进行了分析,发现车下设备吊装存在与本构功能无关的附加质量,有进一步减重的空间。基于吸振和隔振原理,研究了不同质量、不同安装位置、不同吊装型式的设备对车辆动力学性能的影响,确定了车下设备采用地板滑槽吊装方式。设计了托装式吊装结构,进一步提高了弹性吊装设备的结构安全性。针对设备舱,研究了轻量化复合材料方案,以及轻质电缆、轻质管路等轻量化方案。[结果及结论] 滑槽吊装方式在我国高速动车组中应用普遍,通过将传统的底架边梁吊装改为地板滑槽吊装实现了进一步减重。制定的车下区域结构轻量化方案可使CR450 型动车组较CR400BF 型全列减重约8.6 t。仿真分析和正线试验验证表明,方案满足列车顶层指标和运行要求。针对设备舱,通过选取合适的材料、结构和工艺,可同时满足列车高速运行时对轻量化、设备防护、导流等的要求。

城市轨道交通车辆预浸料前端玻璃钢头罩技术研究

摘要:[目的] 前端头罩作为城市轨道交通车辆的关键部件,因其独特的造型及所处部位,对整车质量平衡起着决定性作用。因此,易成型、轻量化的头罩设计成为行业内的研究重点。预浸料作为复合材料的中间材料,其性能介于普通玻璃钢和碳纤维之间,有必要对其进行深入研究。[方法]对头罩结构及选用材料进行了介绍,并对预浸料玻璃钢与现有产品的性能进行了对比分析。通过匹配成熟的复合材料成型工艺,制造试验样件,对比了预浸料玻璃钢样件与传统玻璃钢、碳纤维样件的综合性能,包括:机械性能、粘接强度、材料密度、成本、工艺性能等,获得了满足车辆需求的头罩结构配置。[结果及结论] 可选择3.5 mm 预浸料玻璃钢替代6.0 mm 传统手工糊制玻璃钢,在满足性能的基础上,可实现减重约40%。这一替代方案已应用于某实际项目,具有可实施性和较高的推广价值。

小型磁浮交通车辆车体结构及性能分析

摘要:[目的] 磁浮交通车辆车体是承受运营载荷与安装设备的关键承载结构,其结构性能直接影响着列车运行的安全性与乘坐舒适性。为确保新研制的小型磁浮车体满足严格的运营需求,有必要对其结构性能进行全面分析与验证。[方法] 依据CJ/T 375—2011、EN 12663-1:2010 及IIW-2008等标准,基于有限元法建立头车车体离散模型。车体铝合金型材与碳纤维复合板蒙皮采用壳单元模拟,硬质泡沫芯体采用实体单元模拟,铆钉与螺栓连接通过梁单元等效。性能分析涵盖了10 种模拟运营极限载荷工况与4 种模拟运营疲劳载荷工况,系统考察了车体在垂向、纵向设备冲击,以及架车、起吊等多种载荷工况下的力学响应。[结果及结论] 车体承载结构静强度最小安全系数为1.45,各工况下最大应力均低于材料许用应力。基于疲劳累积损伤理论的最大损伤值为0.536,满足抗疲劳性能要求。整备状态下,车体一阶垂向弯曲频率为28.439 Hz,满足共振规避要求。

城市轨道交通杂散电流诱导腐蚀研究进展与思考

摘要:城市轨道交通系统中的杂散电流腐蚀对地下基础设施的使用寿命构成了重大威胁,已成为现阶段耐久性研究的热点问题。为此,系统梳理该领域的研究现状并展开前瞻性思考,具有重要的理论与现实意义。分析杂散电流产生机理、分布特征和相关危害;进而探讨定量测量方法和实验室模拟技术;重点阐述杂散电流作用下钢筋混凝土的腐蚀,包括加速电化学分解和诱导氯离子传输过程;并评估了杂散电流腐蚀的现有缓解策略,比较了它们的技术原理和实施效果。通过对当前研究局限性的分析,提出有针对性的研究展望,未来亟需开展复杂环境下杂散电流分布特性,等效室内试验理论、方法的构建以及杂散电流随机性考虑的相关研究,对城市轨道交通基础设施的生命周期管理和韧性增强具有重要的参考意义与工程价值。

铁路梁式轨道研发与应用

摘要:我国幅员辽阔,铁路轨道安全运营面临复杂温度环境、下部基础不均匀变形与高烈度地震等影响,现有无砟轨道因其多层混凝土体系特征在复杂温度场、基础变形等方面存在不适应性。研发以两点支承双纵梁为承载主体的新一代梁式轨道结构体系,梁式轨道结构简单、受力明晰、施工便捷、调整方便,并具备防止列车脱轨后倾覆及侵入邻线的功能,且可采用台座下设置桩基的方式实现特殊区段的基础变形隔离。实车运营考核试验结果表明:动车高速运营条件下,梁式轨道的轨道梁跨中竖向和横向变形最大值分别为0.11、0.04mm,脱轨系数最大0.34,减载率最大0.4;货车运营条件下,轨道梁跨中竖向和横向变形最大值分别为0.72、0.55mm,脱轨系数最大0.15,减载率最大0.16,梁式轨道行车安全性和结构动力性能极佳。梁式轨道在复杂地质区域、高风险运营区展现了卓越的适应性和广阔的应用前景。