新疆风区列车气动性能试验分析.pdf

新疆风区 列车气动性能试验分析 李荧乌鲁木齐铁路局，总工程师，新疆 乌鲁木齐，8 3 0 0 1 1 摘要针对新疆地区铁路大风环境下列车运行 安 全面临的实际问题 ，进行列车及防风设施空气 动 力学综合 试 验 。试验 积 累的 宝贵试 验 数据 ，为 修改和完善 大风天气列车安全运行办法，为 实现在保障列车运行安 全基础上的运输效能最大 化提 供科 学依据 。 关键词大风； 安 全 新 疆 地 区 铁 路 自 开 通 运 营 以 来 ， 遭 遇 过 多 次 大 风 灾 害 。根据现有不完全资料统计 ，自1 9 6 0 年至今， 新疆地区铁路运输因风沙造成的行车安全事故总计3 8 起。其中因大风造成列车脱轨 、倾覆事故2 1 起 颠覆车 辆1 1 6 辆 、脱轨1 8 辆 ，其中客车颠覆1 起 、共 1 1 辆 ，大 风刮溜车Y O 3 起 共1 0 4 辆 ；因线路积沙造成列车脱线 8 起 脱轨1 0 辆 、颠覆3 辆 ；篷布被刮至线路导致车辆 脱轨2 起 脱轨4 辆 、颠覆8 辆 ；集装箱被刮落3 起 共 2 1 个 ；客车走行部被刮落的桥面板卡住 ，造成走行部 脱轨l 起 。 ] 。因大风造成的列车停轮更是数不胜数 ，严 重影响运输效益，造成不良的社会影响 ，新疆地区恶劣 风环境对铁路运行安全的危害极大f 4 ] 。为提高兰新线的 运输能力，在该线途经新疆地区百里风区设置挡风墙 ，以 保障大风环境下的行车安全。乌鲁木齐铁路局制定了 大 风天气列车安全运行办法，但科学试验依据不足 。 针对新疆地 区铁路大 风环境下列车运 行安全 面临的实际 问题，进行了大风环境下列车及防风设施空气动力学综 合试验 ] 。 1 试验概况 试验从2 0 0 8 年1 1 月现场勘测开始，到2 0 1 0 年4 月完 成所有试验，试验内容包括列车空气动力学 、车辆动态 偏移量 、车辆动力学 、挡风墙空气动力学等。在现场试 验基础上 ，课题组结合数值计算 、理论分析和实验室试 验结果 ，开展 了现有 防风设施情况 下车辆 的安 全运行速 度限值研究 ，制定 了新的 大风天气列车安全运行办 法，并对现有防风设施薄弱环节进行优化改造设计 ， 现已进入施工阶段。 试验 区段选在 百里风 区 的了墩一 小草湖西 区段 K1 4 4 0 1 2 5 一K1 5 3 2 2 6 0 ，试验区段长9 2 ． 1 k m。 基金项目铁道部科技研究开发计划项 目 Z 2 0 0 8 0 3 1 。 CHI NESE RA尼 Y S 20 7 ／ ／ 1 2 该 区间挡风墙有 土堤式 、对拉 式 、混凝 土板式 、混凝 土 枕 直插式 、独立桥 式5 种 ，涵 盖 了兰新线 现有 挡风墙 全 部类 型 。其 巾 ，无挡风墙试 验区段为 兰新线 了墩一 红层 段 。试验采集系统采用 由动态压力传感器 、信号调理 器 、以太 网采 集器 、连接 器 、计算机及 相应分析 软件组 成的实车动态压力测试系统。该系统以计算机为中心， 在软件支持下集成多种虚拟仪器的功能，能对多点、多 种随时问变化的参量 主要是瞬态压力信号 进行动态 在 线实时测量 ，并能快速进 行信号分析 处理 ，有效排 除 噪声干扰 ，消除偶然误差 ，修正系统误差，实现测量结 果的高准确度 ，并具有对被测信号的高分辨能力。根据 试 验 内容 ，试验列 车共 分为 3 类编 组 客运列 车编 组 、 空 载货运 列车编组 、重载货运列车编组 。 单 层 客 车 编 组 如 图 1 所 示 ，测 点 布 置 在 3 号 车 Y W， 6 6 9 4 2 3上。单层客车车体表面差压测点沿车 体表面 侧面 、顶面 、底部和端部 布置 l 0 6 个 ，车体 表面压力分布测点布置2 8 个 ，为测量玻璃两侧差压，在 玻璃上布置相应动态压力测点，测点布置如图2 所示。 图1 单层客车试验列车编组示意图 图2 单层客车测点布置 2 列车空气动力学试验结果 试验车型包括单层 客车 、双层客车 、单层集装箱 车 、双层集装箱车 、棚车 、空 敞车 、重载篷 布敞车7 种 ，试验内容包括列车运行和静止时的气动力测量。列 车静止停靠位置包括无挡风墙及土堤式、对拉式 、对拉 式 加高 、混凝土板式、混凝土枕直插式 、独立桥式 7 种不同路『 兄的一线及二线位置 ；列车运行时的测量内 容是对列车以不同速度运行时的气动力及气动力系数进 ． 2． 行 的全程测量 。其 中，重 载篷 布敞车 主要测试 篷佰 、篷 布绳索及篷布绳网空气动力学性能。 被试车辆气动倾覆力矩测试结果如表1 所水 表1 现场试验各车型试验情况及倾覆力矩测试值 由表 1 可知 ，各 型车测得 的最 大气 动倾覆 力矩 均小 于 白重稳 定力矩 。试验 测得 的气 动倾 覆力矩完全 气动 力 引起 ，未考虑其 他因素 加速 度 、超高等 【大 j 此 ， 采用气 动倾覆力矩 对 比车辆 自重 稳定力矩评价车 辆稳定 性只能作为参考 ，具体倾覆系数等稳定性参数需结合车 辆 动力学试验 。车 辆 自重稳定 力矩是根据牟辆 质量 ，圾 两侧 轮轨接触斑 间距 1 5 0 0 n l 1T I ，同时考虑列车倾 覆 系数 0 ． 8 ，然后进行计算得到。 单 层 客 车 试 验 中 ，最 高 瞬 时风 速 达4 7 ． 8 I l l ／ S 1 5 级 ，平 均J x L 速 达4 2 ． 7 m／ s 1 4 级 ，列 车最高运 行速 度 l I 9 k m／ h ；单层 客 车 瞬时 最 大气 动横 向力 、气 动升 力和倾覆力矩分别为5 4 ． 2 k N、4 6 ． 0 k N 和l 4 7 ． 2 k N 13 1 ； 2 s 平 均 最大 气动 横 向 力 、气 动升 力 和倾覆 力矩 分 驯为 4 3 ． 7 k N、4 0 ． 9 k N 和 1 2 4 ． 9 k N n l 。单层客 车最 大倾覆 力 矩 出现在一线运行 中，一线运 行时全程气 动倾 覆 力矩测 试 曲线 如图3 所示 ，最大值 出现在 K1 5 0 0 8 4 8 土堤式挡 风墙地段 。 其他车型空气动力学指标全程测试结果类似单层客 车。所有车型空气动力学性能指标最大值 现位置如表 2 所示 。 由表2 可知 ，空气动力学指标最大值主要 现存无 挡风墙 、土堤式挡 风墙 、路堑 与挡 风墙及不 同挡 风墙之 间的过渡地段 。采 用现有 的对拉式 、混凝土板式 、混凝 土枕直插式 、桥式挡风墙后车辆的气动力较小，防风效 二 ch| ～EsE RAI LWAY S 2 O1 1 2