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时间:2023-10-12 09:50:16
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关键词:列车牵引计算;城市轨道交通;教学改革;
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)08(b)-0000-00
近年来,我国城市轨道交通发展迅猛,尤其是部分特大城市线路网络化特征凸显,截至2015年底(以上海市为例)已开通运营14条线、366座车站(换乘站51座,其中四线换乘的大型枢纽1座),运营里程达到617公里(含磁浮线)。轨道交通在缓解交通拥挤、节约人们出行时间、提高乘客出行可靠性等方面起到了显著的作用。与此同时,轨道交通列车运行过程的精确描述作为行车的基础知识,对于相关专业的学生来说无疑具有非常重要的地位。《列车牵引计算》这门课,相比于传统铁路机车、车辆的组成模式,城市轨道交通相关专业的学生应更注重动车组相关知识的学习。因此,在城市轨道交通大发展的背景下,如何有效实现本课程的教学目标、提高教学质量具有十分重要的理论和实际意义。
列车牵引计算课程是传统铁路院校中铁路运输专业的非常重要的专业基础课。北京交通大学杨肇夏教授主持教育部教改项目,组织了国内多所院校和研究机构编写了《列车运行计算与设计》精品课程;西南交通大学彭其渊教授主持课程建设项目并编写了《城市轨道交通列车牵引计算》精品课程,填补了该课程在国内高校课程建设中的空白。随着城市轨道交通的快速发展,列车牵引计算课程也随即成为各高校城市轨道交通专业学生必修的一门专业基础课,本文结合上海工程技术大学城市轨道交通学院相关专业的课程教学实际,通过课程介绍,分析课程授课中存在的问题,结合当前教学改革方法,探索适合本课程的教学模式,并在授课中予以实践。
1 列车牵引计算课程概况
本课程授课对象为城市轨道交通运营管理专业本科生,是该专业学生的专业基础必修课。通过本课程的学习,使学生掌握列车牵引计算的基本原理和计算方法,将仿真模型的求解与实际问题结合,具备正确判断与决策的能力,为后续的专业课学习打下基础。课程具体内容包括列车牵引力的特性、计算标准和取值规定,列车阻力和附加阻力的计算与取值方法,列车制动力的产生、限制及计算方法,列车合力曲线、运动方程及时分解算,列车制动问题解算,列车运行能耗计算及节能技术,牵引质量及定数的确定,城轨与高速列车运行计算等内容。
本课程重点培养学生从根本上掌握列车牵引力、列车运行阻力以及列车制动力等相关原理和知识;培养学生绘制速度时分曲线图的能力;培养学生深入理解列车能耗与牵引质量计算的基本原理和方法。同时,在掌握相关力学知识的基础上,培养学生使用模拟列车运行过程的能力,使学生掌握列车运行策略设计的细节和逻辑关系,锻炼学生的自主设计能力,发挥学生的自主能动性和学习潜能。另外,对于部分学有余力的同学,可以培养学生将所学知识进行融合的能力,通过安排学生的实际操作,加强对列车牵引计算基本原理的理解,全面培养学生的综合能力。
2 列车牵引计算课程教学改革的主要内容
单纯让学生从理论的角度去理解列车牵引、惰性以及制动的整个过程,存在很多的问题。比如:概念不清,无法准确理解和掌握。由于学生未实际观察、体验过列车的加速、匀速以及减速等实际过程,所以将各子系统串联起来学习的难度较大。因此,本文针对以上这些问题,探索出以下几点建议和方法:
2.1 全面理解列车的运行过程
该课程理论较多,抽象性较强。列车在运行过程中受到的纵向、横向以及竖向的力,通过将整个受力过程划分为若干个单元,并针对每一类受力进行详细分析,容易让学生理解和接收。从而,可以有效提高该门课的教学质量和水平。
2.2 充分利用实验设备
本课程要求学生具有一定的物理知识储备,尤其是在对粘着系数、抱死、空转等概念进行讲解时需结合实验设备,全方位理解车轮与钢轨之间的作用力、反作用力及其两者之间的关系。应充分利用相关实现设备,帮助学生直观地了解较难理解的力学现象,增加教学效果。
2.3 结合计算机软件强化学生的理解
本课程可以借助计算机仿真的方法使同学们更加全面、深刻、准确地理解列车运行过程中的受力变化。有利于帮助学生理解在不同策略条件下(最经济策略、最快速策略等)列车牵引、制动、惰性等工况之间的转换关系。同时,在铺画列车运行图的过程中,帮助学生理解相关折返时间、区间运行时分、停站时分等基本参数与本课程的联系。
2.4 结合实际案例加强知识点的掌握
结合实际中遇到的案例(例如:列车救援、列车折返等),培养学生模拟、设计列车运行过程的能力,使学生掌握列车运行策略设计的细节和逻辑关系,锻炼学生的自主设计能力,发挥学生的自主能动性和学习潜能。
2.5 教学需体现时代特征
随着客运专线、城市轨道交通以及有轨电车等多种交通方式的不断发展,《列车牵引计算》这门课的教学重点应有所突出。特别是针对城市轨道交通相关专业的学生,应着重讲授一些动车组列车的牵引、制动等特征,以区别于传统铁路中着重牵引质量、机车车辆分开计算等特点。同时,在教学中需更新教学理念,扩展学生的知识空间、深化对最新发展趋势的了解,从而弥补现行教材更新慢的不足。
2.6 考核方式需多元化
多元化的考核方式是教学改革的目标,大学不仅仅以考试分数为评定标准是一个重要目标。目前,大部分院校均以期末考试的卷面成绩作为主要的考核方法。笔者建议采用现场实践、分析、设计能力以及知识点掌握情况并重的考核方式。通过相关议题的讨论、实际案例的分析以及相关的实际操作等途径确定最终的成绩。同时,需将学生的疑点、难点进行归纳总结,形成规范化的反馈机制,督促教师在课堂上改进相关的教学方法和重点,真正实现教与学的互动。
3总结
《列车牵引计算》作为一门城市轨道交通运营管理的专业课,内容复杂,其范围包括众多车辆结构、运输策略以及供电、内燃机等基础知识。因此,为了提升该课程的教学质量,作者提出了一些针对本课程的教学方法和主要的参考意见。以期达到增加教学效果、提升学生对本课程的理解、掌握的能力。
4. 参考文献:
[1]邓捷.基于城市轨道交通运营管理职业岗位培养的教学设计模型的研究和应用[J]时代教育,2014,(9):169.
[2] 林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育,2010(17):30-32.
[3] 徐纪康. 关于《列车运行自动控制技术》课程教学改革的思考[J]. 科技资讯, 2015(2):146.
关键词:现代电车、胀轨故障、故障原因、解决措施
中图分类号:C913 文献标识码: A
天津开发区新交通现代导轨电车线路(以下简称“现代电车”)是亚洲第一条引入法国劳尔导轨电车的轨道交通线路。该线始建于于2006年4月,当年12月竣工投入使用,使用至今已达8年时间。现代电车线路为双线线路,全长约15.7公里。该线路系统采用28cm厚钢筋混凝土结构作为主要承载道床,使用C40混凝土浇筑。该线路采取的是在混凝土道路承载电车胶轮走形,单根钢轨导向的运行方式。随着运营年限的增长,现代电车线路各主要设备开始出现故障情况,其中尤以胀轨故障为最。本文将就胀轨故障的发展情况、发生原因以及解决措施等作详细叙述。
图1 天津现代现车示意图
一、现代电车正线胀轨故障概述
天津新交通现代电车线路采用的钢轨敷设工艺是,在浇注好的混凝土板块上反开承轨槽,将导向轨拨入承轨槽,固定位置后,浇注树脂进行加固。导向轨采用12m/根、28kg/m的特制钢轨进行焊接,现代电车全线钢轨除线路中部岔区外,全部实现无缝焊接。导向轨轨腰以下全部埋入树脂,现代电车线路中的树脂系统起到普通铁路线路中扣件的作用,对导向轨进行加固。
图2 板块示意图
此种施工工艺是在中方引入劳尔电车系统时,同时引进的法国技术。根据这种要求施工完成后,现代电车线路中的导向轨将全部固定在树脂中。根据法方说明,在系统设计使用寿命的30年中,导向轨系统将不会产生偏移、爬行和大规模的形变。
现代电车线路投入使用初期,导向轨系统表现正常,确实未出现较为明显的偏移和爬行现象。但随着使用年限的增长,导向轨系统也处现了各种故障。由于导向轨爬行而引起的树脂撕裂、夏季高温环境下的钢轨胀起现象开始逐渐发生,并且不断发展。从2011年开始,导向轨系统开始出现了胀轨故障。
在胀轨故障产生的早期,仅表现在正线导向轨在某一点发生毫米级的起胀,这种故障起胀高度小,并没有伴随周围树脂和路面的破坏,电车驶过时有微小颠簸或无颠簸感。由于此故障危害程度小,且当时没有适合的维修方法,故新交通运营部路轨专业并未做进一步的处理,而是对这种故障点进行严密的记录和观察。随着线路状况的不断发展,导向轨系统从2011年起开始出现大规模的严重胀轨,根据我们的统计,此类胀轨故障中,钢轨一般发生20cm―50cm高度的胀起,破损导向轨长度在10m左右,伴随有同等长度的树脂破损,严重的还伴随有当地混凝土板块的大规模破损。
图3 胀轨示意图
这种严重的胀轨故障通常会造成现代电车正常运营被迫中断数小时甚至数天时间,已经非常严重的影响了现代电车系统的正常运行,对乘客的安全乘坐造成了较大的安全隐患。
二、胀轨原因分析
2.1 胀轨故障统计
为了能够客观、正确的分析出胀轨发生的原因,我们首先对近几年来发生的胀轨故障做了统一整理和比对,形成以下表格:
表2-1
结合上述资料,技术人员分析出这些胀轨故障的发生有如下共同规律:
1、发生时间:胀轨均发生在天津地区全年气温最高的夏季(6、7、8月份),多发生在全天气温最高的14:00-15:30时间段;且存在故障发生日期晨间温度与午间温度温差较大的现象。
2、发生位置:多发生在路面混凝土板块垂向贯穿缝(胀缝、板块裂缝)部位。
3、伴随现象:多伴随有相应区域混凝土板块挤压胀碎现象(7次记录中有6次出现该现象);胀轨时导向轨向上拱起;导向轨底部树脂平整、两侧整齐撕裂。
2.2 胀轨原因分析
根据前述规律,初步认为胀轨发生的原因如下:
1、外因:高温天气、早晚温差大;
2、内因:导向轨垂向有效性约束不够。
导致导向轨垂向有效性约束不够的因素较多,主要如下:
(1)伸缩缝分布不合理
根据对现代电车线路的设计竣工资料以及实际路况的调查结果,发现新交通现代电车线路在设计建设初期并没有根据明确的设计标准设置伸缩缝。国家道路交通相关设计规范并没有关于道路伸缩缝设置间隔的具体规定[1];现有胀缝设置主要靠施工缝的设置完成,原施工缝约350―500米一处。这致使现代电车线路的现有伸缩缝分布极不合理,往往仅在路口位置以5―10米的间距布置2―3条伸缩缝,而两个车站之间超过500米的距离没有设置任何伸缩缝,这就导致了现代电车线路混凝土板块内部温度应力在随温度增大的情况下无法得到良好的传递和疏导,致使在某一处的温度应力增大到超过混凝土板块的承受上限时,在板块薄弱区域――伸缩缝处集中爆发,造成了混凝土板块翘起,带动导向轨胀起。
(2)胀缝实际结构不合理
根据现代电车运营管理部门2010年对全线路面接缝的普查、分析报告[2],胀缝处传力杆无套筒(即两混凝土板刚性连接)、胀缝宽度不足(设计为20mm,实际在10~15mm,运营建议30~40mm)、胀缝填充材料弹性不足、路面混凝土板上层配筋减少等因素,大大削弱了胀缝的释放温度力及变形功能,从而导致混凝土板间挤压,在车辆持续碾压下,加速了缝两边混凝土板的破裂、相对上拱,最终加剧了导向轨、填充树脂、混凝土基槽三者间的约束失效。
(3)导向轨局部不均匀伸缩产生温度应力峰
胀缝分布不均匀、路面板纵向阻力不均,易引起导向轨的局部异常伸缩,相对压缩变形增加附近压力,相当于降低了锁定轨温,高温时使导向轨局部压力增大,形成应力峰,容易引起胀轨。
(4)环氧树脂约束系统自身稳定性不足
胀轨时,对应区域的环氧树脂普遍出现老化和开裂现象,无法提供足够的锁固力保持导向轨的垂向稳定性。
另外,在导向轨轨底上方设置有三角泡沫,该处的环氧树脂厚度不足1cm,加之树脂老化,也使得环氧树脂的锁固力大大降低。
三、解决措施
通过对上述线路胀轨故障原因的分析,导向轨胀轨故障的原因在于道路板块。由于新交通现代电车线路伸缩缝数量过少,在夏季高温条件下,混凝土板块内部应力开始大量集中且无法正常释放,就会在道路表面薄弱(通常在伸缩缝区域)的地点爆发,形成路面顶胀破损。如果这种顶胀破损进一步发展加剧或者道路内部应力过于集中的话,就会引起胀轨故障,直接威胁行车安全。所以,如果要解决正线钢轨胀轨问题,应首要解决混凝土板块伸缩缝分布问题。
天津现代电车运营部门在制定2013年治理胀轨故障的改造计划时,重点指出了将采取以下两种解决措施:
1、通过合理设置伸缩缝,缓解线路板块内部应力,使其尽量均匀的分布与释放,以消除引发伸缩缝病害和钢轨胀轨病害的主要原因;
2、针对树脂性能下降的问题,通过设置卯固扣件,加强对钢轨的锁固作用。
在缓解板块内部应力方面,计划通过伸缩缝维修、改造计划,在正线以100―150米为间距设置贯穿板块的伸缩缝。在线路改造实施以前,正线共计有真缝60条,平均缝间距为261米。2013―2015年,计划进行约60条新伸缩缝的开缝工作,使全线伸缩缝的平均间距缩小至200米以内。
在进行钢轨加固方面,计划在树脂破损较大处和胀轨可能性较大地段,以1m为间距安装卯固扣件(见下图)。结合对加装扣件的力学理论计算以及相应设计,可保证有效的提高对导向轨的垂向锁固力。
图4 锚固扣件示意图
四、工程改造效果
滨海快速现代电车运营部门自2013年启动了针对现代电车线路胀轨故障的正线线路综合治理项目。该治理项目共计分为两期实施,时间跨度2013――2015年,改造治理范围包含新交通现代电车线路全线。
结束语
该一期项目完工后,新交通现代电车线路南半环在整个2013年夏季均未发生严重的胀轨故障,往年已发生胀轨的几处高危地点皆表现正常。这证明了综合治理项目已经初步取得了良好的效果,起到了改善混凝土板块应力分布状况,有效防治胀轨故障的作用。
参考资料: