宽车体地铁车辆总体设计.docx
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1、宽车体地铁车辆总体设计班级:学号:姓名:邮箱:目录第一章 绪论第二章 车型的选择 2.1 选型原则 2.2 选型的条件及依据 2.3 现有地铁车辆基本参数 2.4 编组方案的比较和选择 2.5 进行牵引计算并选定车型 2.5.1计算起动加速的和编组方式的关系 2.5.2计算牵引电机功率和编组方式的关系第三章 车型的基本尺寸 3.1车辆设计基本尺寸 3.2 主要参数校核 3.2.1 车辆定距校核 3.2.2 车辆限界校核第四章 平面断面布置 4.1 车辆平面布置 4.2车辆断面布置 4.3 设备布置第五章 车体结构设计 5.1车体结构形式 5.2车体结构组成第六章 车辆部件选型与设计 6.1 转
2、向架选择 6.2 车钩和缓冲装置的选择 6.2.1车钩 6.2.2 缓冲器 6.3 制动装置选择 6.3.1 制动系统设计原则 6.3.2 制动装置的选择 6.3.3 防滑器的控制 6.3.5 制动距离的校核第七章 车辆空调及电气设备的设计 7.1牵引系统及其电气设备 7.2辅助供电结构 7.3 网络结构7.4 乘客信息系统第八章 车辆的主要技术参数鸣谢参考文献第一章 绪论目前国内大中型城市面临的难以解决的问题是交通拥挤不堪和大气污染。很多城市都把大量精力和资金投入到解决城市交通拥挤问题,研究解决交通拥挤问题的新措施。发展地铁交通是解决城市交通拥挤的有效措施之一。目前地铁的概念已由单纯的城市地
3、下交通扩展成为包括地下、地面、高架在内的各种城市轨道交通。通过国外一些城市的实践已日益证明发展城市轨道交通是有效地解决城市交通拥挤的重要措施之一。城市轨道交通的特点是清洁、舒适并提供巨大的载客能力,它越来越受到城市人民的欢迎。 第二章 车型的选择2.1 选型原则(1)应满足系统的运营要求,并充分考虑地铁的运营模式及管理模式。(2)应结合我国基本国情,选取技术成熟、安全可靠的车辆,以减少维修工作量和运营成本。(3)应选择造型美观、乘坐舒适的车辆,以吸引更多的旅客。(4)应选择适应地下、地面、高架等线路状况及各种自然环境条件的车辆,并尽可能减少对周围环境的影响。(5)应立足于国产化,引进的关键技术
4、设备也应具备向国产化过渡的可能性和可行性。(6)应兼顾远期地铁发展需要,以便统一考虑检修设备。2.2 选型的条件及依据1) 运量要求修建地铁的根本目的就是缓解大城市交通拥挤状况,保证旅客能够安全、快速地到达目的地,实现城市布局调整,带动整个区域的发展。车辆选型及编组应能满足不同时期运量的要求,还应能满足最小行车间隔1.5 min2 min的要求。2) 线路特点地铁线路有地下、地面和高架3种形式。不同的城市有不同的线路形式,其线路长度、最大站间距、最小站间距、最大坡度、坡长、最小曲线半径、平均旅行速度等不一样,对车辆的结构形式和性能参数的要求也不一样。地铁车辆应服从线路的灵活性,其结构形式和性能
5、参数应能满足本城市的线路特点。3) 自然环境我国幅员辽阔,各地的人文地理和自然环境各不相同,对车辆的影响和要求也不同。地铁车辆在城市内运行,对城市景观和噪声的影响也很大。因此,地铁车辆应满足本城市的人文地理、气候和自然环境条件,并应采取措施,尽量减少对城市环境和景观的影响。4) 工程投资车辆的宽度与长度的不同对车站长度、隧道断面大小、车辆段检修用房、占地面积等都有影响,必然引起土建工程量的变化,也影响工程投资的大小。在满足客运量的条件下,从尽可能降低工程投资角度出发,应优先选择窄车体、短编组的车辆。5) 车辆制造能力地铁车辆的制造是技术密集型系统工程。目前,我国地铁车辆的制造水平仍旧比较落后。
6、对于采用国际型(19 m2.8 m3.51 m)钢车体、变阻控制的地铁车辆,国内的技术基本成熟。但对于宽体型(22 m3m3.8 m)铝合金车体、变频变压控制传动的地铁车辆,许多关键部件国内基本上不具备生产能力,还需要与国外厂商合资制造或引进。国产化率的高低直接影响车辆的价格及运营维修费用的高低,进而影响整个地铁工程的投资。因此,车辆选型应考虑国内厂家的车辆制造能力,尽可能选用国产化率高的车辆,不能一味追求技术上的先进性。2.3 现有地铁车辆的基本参数按照国际标准,城市轨道交通地铁车辆类型可分为:A、B、C三种。三种车型的主要区分是车体宽度。A型车宽3米,B型车宽2.8米,C型车宽2.6米。这
7、里指得是普通的侧面垂直的列车,不是鼓型车。长度可以靠改变编组来随时变化,高度差别不大(因为人的身高都差不多),所以这些都不是车型的参考标准。只有宽度最重要,而且一旦成型就无法再改变,因此是区分车型的唯一标准。A型地铁列车:长22.8米,宽3米,代表车型:上海地铁1、2、3号线列车 B型地铁列车:长19米,宽2.8米,代表车型:北京、天津地铁宽体车 C型地铁列车:长19米,宽2.6米,代表车型:上海地铁5、6号线列车表1 各类车型的主要技术规格序号项目名称A型车B型车C型车四轴车四轴车四轴车1车辆长度/m221918.92车辆宽度/m3.02.82.63车辆高度/m受流器车(有空调/无空调)3.
8、8/3.6受电弓车(落弓高度)3.83.83.8024车厢内净高/m2.05-2.152.05-2.152.105地板面高/m1.131.101.146车辆定距/m15.712.612.67固定轴距/m2.52.22.08轮径(新轮)mm8408408409轴重/t16141410空车重量/t带司机室的端车3633-36(视车体的材料不同)33无司机室的中间车383611定员人数(人,站立标准6人/m2)31023020024521812定员人数(人,站立标准5人/m2)26519817321218913最高运行速度/kmh-110010010014动拖比2:11:1(2:1)1:12.4 编
9、组方案比较和选择编组方案其他城市情况:上海地铁一号线为六节编组 北京地铁6、7、14号线由原先六节编组改为8节编组 广州佛山地铁4节编组 天津地铁一号线采用6节编组参考国内其他城市地铁编组情况,结合长远的客流需求,个人认为可采用4动2拖6节编组方案,即:-Tc*M*M=M*M*Tc-。其中:Tc为拖车(带司机室);M为动车;-为全自动车钩;=为半自动车钩;*为半永久车钩。运量计算:社会调查对于地铁交通的客流量做了如下简易调查:天津地铁一号线:地铁1号线开通运营至今已有四年半的时间,在1号线刚刚开通运营时,日均客流量只有三、四万人,而去年,地铁日均客流量已快速增至12万人次,今年春节过后,地铁客
10、流再创新高,目前,日均客流量已达到14万人次。“地铁1号线沿线的学校比较多,春节过后,2月中下旬开始,随着中小学的陆续开学,地铁客流明显增加,加之地铁固定的上班族客流以及新加入到地铁族的乘客,因此,目前地铁日均客流达到了14万人次。”地铁运营公司相关负责人告诉记者。(摘自搜狐焦点新闻中心2011年03月12日08:56)北京五条铁新线:市交通委相关负责人介绍,预计新线开通后,每天将迎来50.2万人次。其中,大兴线预计每天将迎客17万人次,昌平线8.7万人次,15号线首期9.9万人次,亦庄线9.7万人次,房山线4.9万人次。据地铁部门统计,截至昨日下午5点,京港地铁负责运营的地铁大兴线进站客流约
11、1.5万人。北京地铁运营公司所辖4条新线,进站客流在2000人左右。昨日下午,共有3.5万市民到新线体验乘车。(摘自新浪新闻中心2010年12月31日01:52)广州佛山地铁:昨日,记者从佛山地铁公司获悉最新消息,广佛线开通首月(11月3日-30日)累计客运量已超过335万人次,日均客流量近12万人次。其中,祖庙站为全线人气最旺的大站,其日均客流量保守估计接近1.5万人次,是第二大站的魁奇路或桂城站的2-3倍!(摘自网易新闻中心2010-12-03 00:08:00)重庆轨道交通流量调查:重庆轨道交通建设力度仅次于北京、上海、广州,10年后将承担我市四成公共客运量。重庆轨道交通二号线一期工程(
12、较场口动物园),2005年开通运营。轨道交通二号线较场口至新山村全线19公里,开通至今,单日最高客流量达24万人次,日均客流量达13万人次,已安全运送乘客2亿人次,客运强度居世界单轨第一。(摘自中国日报评论频道2011-02-23 08:28:30)日客运量 带司机室拖车和动车均定员220人(粗),结合目前技术及其它城市情况,暂定发车间隔为3分钟,则每小时发车20对,共40辆,结合各城市情况若去全天营业时间为17个小时,则全天可运人数为: 22064017=897600人完全能够满足客运需求。高峰客运量 结合其他城市及重庆2号线轻轨目前客运情况,初步估计新线日客运量暂定为120000人次,由于
13、早高峰6:408:10是全天运量最密时段,结合国内其他城市与重庆市情况,可取早高峰运量占全天运量60%计算。则早高峰运量为 (12000060%)/1.5=48000人/h车辆定员为220人每车,则每小时运量为 220640=52800人/h能够满足高峰期运量需求。2.5 进行牵引计算并选定车型2.5.1 计算起动加速的和编组方式的关系由图1可知,在电机功率足够大的情况下,车辆起动的加速度的大小由起动牵引力(即限制黏着牵引力)、运行阻力和车辆重量决定:= = 式中: 车辆的限制黏着牵引力,KN; 编组中动车的重量, KN; 起动过程中最大速度时对应的黏着系数。对于直流电动机, 取为0.16-0
14、.17 ;对于 交 流电动机,取为 0.17-0.18; 车辆的运行阻力 ,一般取F起 的20%-25%,KN; 车辆的总重量, t ; 转动惯量,为车辆重量的10%,t。车辆运行的总阻力为:坡道阻力:设计时坡道值取0,则单位基本阻力: 电机在启动过程中,将速度为V=36KM/h带入上式中可以得到N/KN起动附加阻力:m其中k=1.4,A型车的轴重取16t,可以得到1.7N/KN六辆编组的A型车,定员是6人/m2,超载时是9人/m2按超载时计算,则G=325.2t。由上总结得:列车的起动总阻力为W=5.99N/KN*325.2t*9.81KN/t=19.1KN.对A型车动拖比为2:1时:a起=
15、0.975m/s2达到了的要求,所以可以选用2:1的A型地铁车辆。2.5.2 计算牵引电机功率和编组方式的关系牵引电机功率与车辆起动加速度、最大运行速度、车辆编组方式及车辆的重量相关。经计算分析,影响牵引电机功率的决定性因素为车辆在满载情况下9人/m2 ,加速到最大速度的的加速性能:式中:牵引电机的功率,KW; 编组中动车车辆的功率,KW; 车辆的总重量,t; 车辆从0加速到的平均加速度,m/s2上式中P0=325.2t,2动1拖得情况下,动轴数为16,代入上式得:P电机=225.8kw考虑到上坡时在保证起动加速度的要有更大的功耗以及其他的情况发生,所以选择电机的功率为250KW。第三章 车型
16、的基本尺寸3.1 车辆设计的基本尺寸受流供电方式: 集中供电,第三轨受电供电电压(额定)/V: DC 1500轨压变化范围/V DC : 15001800车辆主要尺寸Tc 车长度/mm : 24400M车长度/mm : 22800列车长度/mm 140000列车最大宽度/mm 3 000车辆高度/mm 3 800地板面高度(新轮、空载、空气弹簧充气)/mm 1130转向架中心距/mm 15700车钩高度/mm 720门开度/mm 1400门开启时高度(门槛顶面以上高度)/mm 1860列车同侧相邻客室车门中心距/mm 4560各种工况下的载客量如下表2:工况单节车乘客数量/人整列车乘客数量/人
17、TcM空载000满座4242252定员载荷(6人/)2202201320超员载荷(9人/)3093091854各种工况下质量如下表3:工况车辆质量/t列车质量/tTcM空载3336210满座34.8337.83220.98定员载荷46.4249.42290.52超员载荷52.255.2325.2其中乘客质量按照61 kg 计算,在超员载荷工况下,整车质量控制在55.2t,轴重控制在13.05t,满足轴重14 t 的要求。车辆在曲线上的静偏移量:无转向架二轴车车辆在曲线上静偏移量的计算规定按图2所示进行计算校核:图2车端偏移量车辆中部偏移量 图车辆长度;车辆定距;曲率半径为了充分利用限界,希望车
18、辆的 令 简化得 将=22800,15700带入上式L/l=1.4符合设计要求。计算车辆最大的偏移量时取车辆通过最小曲率半径1000而对于有转向架的车辆,转向架本身就是一个小的二轴车,转向架心盘处也要向曲线内侧偏移如图3,设转向架的固定轴距为,则中部偏移量为: 图3由于远大于且远大于,略去一些角度引起的偏差,可得四轴车车体中央偏移量为: 四轴车车体端部偏移量为: 为转向架固定轴距,本次设计参考值为2500,带入上列两式得=33.39mm隧道内直线地段接触轨上部受流车辆轮廓线、车辆限界、设备限界与坐标值见图4和表4到6图4 隧道内直线地段车辆轮廓线、车辆限界、设备限界图表4车辆轮廓线坐标值(mm
19、)注:表中010点是车体上的控制点;第11点是车轴上轴箱的控制点;第1215点是转向架构架上受流器的控制点;第1618点是转向架构架上的控制点;第19、20点是构架上的电感应器控制点;第21、22点为车轮踏面上的控制点;第23、24点为轮缘上的控制点;第25、26点为连接在车轴上的齿轮箱最低点;第2730点为信号灯预留位置。表5 车辆限界坐标值(隧道内直线)(mm)表6设备限界坐标值(隧道内直线)(mm)由以上要求我们可知,所选车辆的尺寸满足车辆限界的要求。第四章 平面断面布置4.1 车辆平面布置在地铁车辆上,为了保证足够的运输能力,设置的座椅的数目比较少,乘客乘车主要是站着的,所以在车辆内设
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