CARD-1軟件在高速磁懸浮工程設(shè)計中的應(yīng)用

1、. CARD/1軟件在高速磁懸浮工程設(shè)計中的應(yīng)用周華 仲明市政工程設(shè)計研究總院摘要：本文結(jié)合市磁懸浮快速列車工程實踐，介紹了CARD/1軟件在高速磁懸浮工程的線路設(shè)計、動力學(xué)檢驗、軌道構(gòu)造計算等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：CARD/1軟件；高速磁懸??；動力學(xué)檢驗The application of CARD/1 inshanghai maglev high speed train projectZhou Hua Cao Zhong-mingShanghai Municipal Engineering Design InstituteAbstract:Based on thedesignof shang

2、hai maglev high speed train project, the application of CARD/1 inalignment design and dynamic checking and railwaystructurelocating have been present.Key words: card/1; high speed maglev; dynamicchecking1、CARD/1軟件功能簡介CARD/1軟件由德國IB&T軟件公司研制開發(fā)，主要適用于道路、管道、鐵路、軌道交通等工程的勘察設(shè)計。CARD/1軟件自設(shè)圖形平臺，建有獨立完整的數(shù)據(jù)體系，含有自己的

3、圖形、表格、數(shù)據(jù)和文字編輯體系。其功能主要包括測量、平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計、橫斷面設(shè)計，及三維建模等。另外，CARD/1軟件最大特色是提供了二次開發(fā)平臺，通過易于學(xué)習(xí)掌握的程序語言，豐富的部開發(fā)函數(shù)，用戶可以根據(jù)工程實際進展開發(fā)，并通過與CAD和E*CEL等軟件的接口，靈活處理各種開發(fā)結(jié)果，到達事半功倍的效果。2、磁懸浮快速列車工程簡介市磁懸浮快速列車工程是世界上第一條真正用于商業(yè)運營的高速磁懸浮鐵路，位于浦東新區(qū)，主要用于解決浦東國際機場和市區(qū)的高速交通連接。線路自地鐵二號線龍陽路車站至浦東國際機場站見圖2-1，正線數(shù)目為雙線，全線為高架構(gòu)造形式，線路長約30km，運行最高速度430km/h。

4、于2001年3月1日正式開工，2002年12月31日投入運行。圖2-1高速磁浮示運營線平面走向示意圖3、高速磁懸浮系統(tǒng)工程設(shè)計特點及CARD/1軟件在設(shè)計中的應(yīng)用3.1 工作原理傳統(tǒng)的輪軌鐵路系統(tǒng)，車輛的承載、驅(qū)動和導(dǎo)向都是通過車輪和鋼軌系統(tǒng)，高速磁懸浮列車系統(tǒng)則突破了這一傳統(tǒng)技術(shù)局限，是通過沒有車輪的無接觸的軌道交通系統(tǒng)來實現(xiàn)以上功能。高速磁浮列車在兩側(cè)均分別置有承載磁鐵和導(dǎo)向磁鐵，通過承載磁鐵和導(dǎo)向磁鐵完成承載和導(dǎo)向，并通過電子自控系統(tǒng)保證車輛一直處于與軌道相距10mm左右的懸浮狀態(tài)。磁浮交通系統(tǒng)的驅(qū)動和制動由一個同步直線電機完成，這一電機置于軌道中，工作原理與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子電機一樣，只是定子被

5、分隔成段，展開拉直并置于軌道兩側(cè)下方，電流在線圈中產(chǎn)生的不是旋轉(zhuǎn)磁場而是直線移動磁場，正是這一磁場對車輛作無接觸驅(qū)動。見圖3.1-1。為列車運行提供懸浮、驅(qū)動作用的是定子，提供滑行支撐面和側(cè)向?qū)蛎娴氖枪δ芗?，定子通過定位銷固定在功能件上，功能件通過連接件固定在軌道梁上圖3.1-2，連續(xù)的軌道梁、功能件和定子構(gòu)成了磁浮列車系統(tǒng)的軌道構(gòu)造。 SHAPE * MERGEFORMAT 圖3.1-1 高速磁浮系統(tǒng)工作原理示意圖圖3.1-2 高速磁浮系統(tǒng)的軌道3.2 線路設(shè)計高速磁浮列車運行速度高，對舒適性要求也高，因此其線路線型與傳統(tǒng)輪軌鐵路和道路有所不同，主要表現(xiàn)在以下方面：高速磁浮系統(tǒng)線路平面緩和

6、曲線采用了曲率變化和動力學(xué)條件較為理想的正弦型緩和曲線見圖3.2-1。在需要設(shè)置反向曲線S型曲線時，為防止列車經(jīng)歷兩次最大沖擊，保證列車通過反向曲線時的平穩(wěn)性，要求對反向曲線采用一波正弦直接過渡。見圖3.2-2。在線路曲線段，為了平衡列車運行時的局部側(cè)向加速度，軌道梁須設(shè)置橫坡。橫坡變化一般在緩和曲線段完成，因舒適性要求，線路橫坡變化也采用正弦型變化，旋轉(zhuǎn)軸為線路中心線?？v斷面設(shè)計中直線和豎曲線之間也要求設(shè)置緩和曲線，線型采用盤旋線。圖3.2-1 正弦曲線的平面曲線、曲率圖圖3.2-2S形反向曲線曲率圖目前常用的道路和軌道交通設(shè)計軟件，無法實現(xiàn)平面正弦型緩和曲線尤其是一波正弦過渡的S型曲線的設(shè)

7、計，無法實現(xiàn)正弦型過渡的橫坡設(shè)置，以及縱斷面中的盤旋線型緩和曲線設(shè)置。針對以上問題，CARD/1軟件都能很好的解決。在平面設(shè)計中，CARD/1軟件提供了多種軸線設(shè)計和編輯的方法，便于靈活設(shè)計和管理。同時，對于平面緩和曲線提供了多種類型供選擇見圖3.2-3，可以滿足道路、鐵路、磁浮交通等多種工程的設(shè)計需要。利用CARD/1軟件進展S型曲線的設(shè)計過程見圖3.2-4。對于橫坡設(shè)置，CARD/1軟件通過QUEaaann.CRD文件來實現(xiàn)，橫坡的過渡形式可以選擇線性和正弦型過渡，文件格式及定義如圖3.2-5。道路及鐵路縱斷面設(shè)計中豎曲線均采用圓曲線形式，不需要設(shè)置緩和曲線，因此目前常用軟件中縱斷面設(shè)計都

8、不能設(shè)計緩和曲線，而CARD/1軟件則提供了多種豎曲線的設(shè)置方法，見圖3.2-6。從以上可以看出，CARD/1是集成式軟件，線型種類繁多，設(shè)計功能強大，可以滿足多種系統(tǒng)工程設(shè)計的需要。圖3.2-3 緩和曲線類型 圖3.2-4 S型曲線設(shè)計圖3.2-5 橫坡文件定義圖3.2-6 豎曲線緩和曲線3.3動力學(xué)檢驗高速磁浮系統(tǒng)線路中心線是平面曲線和縱斷面曲線組合成的三維空間曲線，列車滑行面是線路平面、縱斷面及橫坡組合成的扭轉(zhuǎn)面，所以，為保證設(shè)計的線路能滿足舒適度要求，需要對線路逐點進展動力學(xué)檢驗。CARD/1軟件具有動力學(xué)檢驗?zāi)K，如圖3.3-1，可以方便的計算線路上各點的空間曲線半徑、橫向加速度、法

9、向加速度、橫向沖擊、法向沖擊以及合成沖擊等，大大方便了檢驗工作，保證了設(shè)計質(zhì)量。圖3.3-1 動力學(xué)檢驗3.4 軌道構(gòu)造設(shè)計計算高速磁浮系統(tǒng)軌道構(gòu)造由軌道梁和安裝在軌道梁兩側(cè)的功能件和定子組成，因為直線電機有固定的波長，軌道梁構(gòu)造長度需要滿足波長要求，長度為波長的倍數(shù)，并且，長度是以空間長度計算。另外為保證列車在高速運行時的平安性和舒適性，磁浮列車系統(tǒng)對軌道構(gòu)造提出了較高的設(shè)計及制造要求，精度根本上在1mm以。這些都不同于傳統(tǒng)的鐵路和軌道交通的設(shè)計，對設(shè)計工作提出了較高的要求。CARD/1軟件作為專業(yè)設(shè)計軟件，提供了豐富的部開發(fā)函數(shù)，可以方便的讀取線路上各點的數(shù)據(jù)，包括空間坐標、橫坡、縱坡、平

10、曲線半徑、豎曲線半徑等，可以利用部函數(shù)方便的進展有關(guān)設(shè)計軸線計算，如軸線的交點、軸線間距離等，并通過數(shù)學(xué)、文本和邏輯運算，進展各種數(shù)據(jù)的計算。在磁懸浮快速列車工程工程中，利用CARD/1軟件提供的二次開發(fā)平臺，在德國IB&T駐華子公司開道萬軟件大力技術(shù)支持下，我們編寫了一系列橫斷面開發(fā)文件圖3.4-1 橫斷面開發(fā)流程圖QPRaaann.CRD ，完成了軌道梁定位、軌道梁制梁參數(shù)、功能件機加工、功能件和定子定位、以及線路公差分析等一系列計算工作，實現(xiàn)了自動化設(shè)計，保證了設(shè)計質(zhì)量，并大大提高了工作效率。以軌道梁支座定位計算為例，橫斷面開發(fā)的過程如圖3.4-1。4、結(jié)語CARD/1軟件作為勘察、設(shè)計、繪圖、計算一體化的設(shè)計軟件，具有功能強大、適用圍廣、設(shè)計準確等特點，利用其二次開發(fā)平臺，可以處理各種特殊工程設(shè)計，實現(xiàn)自動化設(shè)計。CARD/1軟件也具有很強的兼容性，設(shè)計和計算成果可以方便的與.DWG，.D*F，.T*T，.DOC等格式文件互相轉(zhuǎn)換，能夠大大提升設(shè)計質(zhì)量，提高工作效率，縮短設(shè)計周期。在磁懸浮快速列車工程工程設(shè)計過程中，我們應(yīng)用CARD/1軟件完成了復(fù)雜線型的設(shè)計，和大量數(shù)據(jù)的計算工作。目前，該軟件在我院承當?shù)妮^新線單軌交通工程、低速磁懸浮試驗線，