【地鐵折返能力優(yōu)化模型及求解計(jì)算4600字】VIP

PAGE13地鐵折返能力優(yōu)化模型及求解計(jì)算目錄TOC\o"1-3"\h\u16530地鐵折返能力優(yōu)化模型及求解計(jì)算 1247641.1模型建立 1238241.1.1假設(shè)條件 1239501.1.2模型建立 161031.2模型求解 284811.2.1牽引制動(dòng)時(shí)間和距離的確定 2231751.2.3計(jì)算及程序設(shè)計(jì) 2300691.3西安地鐵1號(hào)線折返能力優(yōu)化 4149681.3.1道岔對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化 4103611.3.2進(jìn)站速度對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化 6276591.3.3折返走行長(zhǎng)度對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化 7272731.3.4牽引制動(dòng)性能對(duì)折返能力的影響及優(yōu)化 8321611.4折返能力優(yōu)化極值求解及結(jié)果分析 91.1模型建立1.1.1假設(shè)條件①設(shè)備和信號(hào)系統(tǒng)的主要原因是信號(hào)響應(yīng)時(shí)間、開(kāi)關(guān)的切換、開(kāi)關(guān)的鎖定解除，鎖定時(shí)間是所有的固定值，采用了相同的信號(hào)系統(tǒng)和運(yùn)行模式②列車(chē)出站時(shí)，折返是軌道電路③通過(guò)車(chē)站的速度限制點(diǎn)時(shí)，會(huì)使用速度限制值④不考慮列車(chē)阻力對(duì)折返能力的影響⑤道岔安全防護(hù)距離足夠長(zhǎng)。1.1.2模型建立根據(jù)以上假設(shè)條件，可以建立以下模型：為列車(chē)折返間隔最小值，為列車(chē)折返時(shí)間間隔，為列車(chē)進(jìn)站速度值，，進(jìn)站速度取值的上下限，可以根據(jù)列車(chē)旅行速度來(lái)確定，為道岔限速，為道岔限速的取值上下限，可以根據(jù)實(shí)際中可能可以達(dá)到的上下限進(jìn)行取值。然為停站時(shí)間，為停站時(shí)間的上下限，可以根據(jù)車(chē)站可能取值取上下限。為單機(jī)牽引力，為單機(jī)制動(dòng)力，為線間距。為牽引或制動(dòng)距離，為牽引或制動(dòng)時(shí)間，它們都是列車(chē)運(yùn)行速度的函數(shù)。1.2模型求解1.2.1牽引制動(dòng)時(shí)間和距離的確定I為牽引或制動(dòng)距離，t，為牽引或制動(dòng)時(shí)間，它們都是列車(chē)運(yùn)行速度v及牽引制動(dòng)力F、B的函數(shù)，可根據(jù)第三章中牽引計(jì)算提取數(shù)值。1.2.2V1、V2、V3、V4、M1、M2的確定V1、V2進(jìn)站速度取值的上下限，可以根據(jù)列車(chē)旅行速度來(lái)確定，V3、V4為道岔限速的取值上下限，可以根據(jù)實(shí)際中可能可以達(dá)到的上下限進(jìn)行取值。M1、M2為停站時(shí)間的上下限，可以根據(jù)車(chē)站可能取值取上下限。1.2.3計(jì)算及程序設(shè)計(jì)1）因子變化時(shí)的折返能力的計(jì)算在單一因子分析中，其他因素分別固定在恒定值上。在本文中，使用matlab計(jì)算軟件，計(jì)算在輸入速度，停止時(shí)間，切換速度限制，線間隔，單機(jī)械牽引力，單機(jī)械制動(dòng)力等單一因素變化下的折返能力，并繪制影響趨勢(shì)曲線。2）最小折返時(shí)間間隔的計(jì)算在某個(gè)入口速度、停止時(shí)間和開(kāi)關(guān)速度極限下的返回時(shí)間間隔的最小值，即計(jì)算返回能力的最大值。反轉(zhuǎn)功能的極值由MATLAB解決。3）程序安裝圖4-1示出了根據(jù)上述模型和計(jì)算條件的MATLAB計(jì)算程序的設(shè)計(jì)過(guò)程YY否Y取速度間隔設(shè)定V的取值范圍用插值法計(jì)算牽引力及制動(dòng)力定義各參數(shù)含義帶入列車(chē)運(yùn)動(dòng)方程代入牽引、制動(dòng)時(shí)間與距離計(jì)算折返能力計(jì)算各變量下，折返時(shí)間間隔求Tmin計(jì)算最大折返能力迭代計(jì)算設(shè)定單因素變化范圍及其他變量取值定義折返時(shí)間間隔組成的時(shí)間設(shè)定T，V岔，Vmaxt停站，F(xiàn)，B，變化范圍設(shè)定T，V岔，Vmaxt停站，F(xiàn)，B，變化范圍與牽引計(jì)算軟件計(jì)算值比較，使誤差盡量在百分之十內(nèi)輸入車(chē)站線路參數(shù)及固定時(shí)間參數(shù)定義折返間隔與各參數(shù)的關(guān)系函數(shù)得出牽引、制動(dòng)距離與時(shí)間對(duì)每個(gè)速度間隔內(nèi)的時(shí)間及距離求和求出內(nèi)的值及日本標(biāo)準(zhǔn)列車(chē)阻力公式列車(chē)阻力方程列車(chē)軸重、定員、單個(gè)乘客重量

1.3西安地鐵1號(hào)線折返能力優(yōu)化一號(hào)線折返能力站所需折返能力遠(yuǎn)期為30對(duì)h，從折返能力計(jì)算結(jié)果中，按照所選取的進(jìn)站速度、停站時(shí)間、道岔限速，以及選用DKZ4型車(chē)型，固定設(shè)備時(shí)間選取均按西安地鐵平均水平取值，一號(hào)線折返能力可以滿足線路折返能力要求，本章對(duì)進(jìn)站速度、停站時(shí)間，列車(chē)參數(shù)取值可能非實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，可能偏大。隨著遠(yuǎn)期快慢車(chē)運(yùn)行以及客流增長(zhǎng)，折返能力很可能出現(xiàn)不足的情況，故還須對(duì)該站的折返能力進(jìn)行優(yōu)化。從車(chē)站布置中看出，由于地形條件限制，安全防護(hù)距離設(shè)在曲線上，長(zhǎng)于218m，足夠入線速度要求。本節(jié)對(duì)一號(hào)線折返能力進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，仍然不考慮設(shè)備因素，僅從可調(diào)因素，進(jìn)站速度、停站時(shí)間以及道岔限速進(jìn)行優(yōu)化分析。1號(hào)線的折返能力站需要長(zhǎng)期的折回能力是30對(duì)時(shí)間。根據(jù)折返能力的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)所選擇的進(jìn)入速度、停止時(shí)間、折返速度限制、DKZ4型車(chē)輛類(lèi)型，根據(jù)西安地鐵的平均等級(jí)選擇固定裝置時(shí)間。1號(hào)線的折返能力可以滿足線路返回能力的要求，并且列車(chē)參數(shù)的值可能太大，而不是實(shí)際操作數(shù)據(jù)。隨著高速、低速列車(chē)的長(zhǎng)期運(yùn)行和旅客流動(dòng)的增加，折返能力不足，需要優(yōu)化車(chē)站的再生能力。由于地形的限制，在足以達(dá)到線進(jìn)速度的218m以上的曲線上設(shè)定了安全保護(hù)距離。在本節(jié)中，在優(yōu)化1號(hào)線的折返能力的情況下，還沒(méi)有考慮設(shè)備因子，只從可調(diào)整優(yōu)化分析的因素、入口速度、停止時(shí)間以及折返速度限制來(lái)執(zhí)行優(yōu)化分析。1.3.1道岔對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化五路居折返站站前采用了12號(hào)道岔，根據(jù)計(jì)算的折返能力結(jié)果，折返能力已經(jīng)滿足線路所需折返能力要求了。但道岔限速對(duì)于一號(hào)線折返能力的影響程度如何，采用12號(hào)道岔是否合理。若進(jìn)行12號(hào)道岔改造，對(duì)折返能力的優(yōu)化效果是怎樣。這是本節(jié)要分析的問(wèn)題。12號(hào)道岔的轉(zhuǎn)身是在五路居折返站前使用的。根據(jù)計(jì)算出的折返能力，折返能力符合線路所需的折返能力。但是，1號(hào)線的折返能力受到折返速度限制的影響，如果再構(gòu)筑12號(hào)道岔，對(duì)折返能力有優(yōu)化效果。這是本節(jié)分析的問(wèn)題。（1）不同道岔限速下折返能力計(jì)算表道岔限速取20km/h-60km/h，進(jìn)站速度取50km/h，停站時(shí)間取30s，計(jì)算得五居路站不同道岔限速下，道岔限速與折返能力關(guān)系曲線如圖（4-2）~（4-3）：圖4-2單股道折返道岔限速與折返能力關(guān)系圖圖4-3單股道折返道岔限速與折返能力關(guān)系圖（3）基于道岔限速的折返能力優(yōu)化分析從圖（4-2）~（4-3）中，道岔限速對(duì)雙股道折返的影響效果高于單股道折返。對(duì)于這樣的車(chē)站布局，如果想從折返的觀點(diǎn)來(lái)優(yōu)化折返能力的話，可以重新編排。折返的速度限制以5km/h增加，折返能力增加2對(duì)/h，得到明顯的優(yōu)化效果。1號(hào)線的折返能力滿足當(dāng)前線的要求，但余量不足，只能以特定的入口速度滿足。因此，需要優(yōu)化。它還必須考慮到舒適性和磨損要求，因?yàn)樗梢钥紤]從改革的角度考慮，以增加彎曲半徑為中心的橫向交叉速度。采用12號(hào)道岔，雙股道折返折返能力達(dá)到32對(duì)/h，剛滿足遠(yuǎn)期折返能力的要求，故采用12號(hào)道岔是必要的。1.3.2進(jìn)站速度對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化在折返能力計(jì)算時(shí)，選取的進(jìn)站速度為50km/h，但要優(yōu)化折返能力，需分析進(jìn)站速度對(duì)折返能力影響趨勢(shì)，找出對(duì)折返能力最優(yōu)的進(jìn)站速度，這是本節(jié)要研究的問(wèn)題。不同進(jìn)站速度下一號(hào)線折返能力計(jì)算取進(jìn)站速度2.5km/h-80km/h，道岔限速45km/h，停站時(shí)間30s，下面是不同進(jìn)站速度下一號(hào)線不同進(jìn)站速度下，進(jìn)站速度與折返能力關(guān)系曲線如圖（4-4）~（4-5）：圖4-4單股道折返進(jìn)站速度與折返能力關(guān)系曲線圖4-5雙股道折返進(jìn)站速度與折返能力關(guān)系曲線（3）基于進(jìn)站速度的折返能力優(yōu)化分析從圖4-4開(kāi)始，單軌折返和雙軌折返的折返能力表示伴隨著站進(jìn)速度的增加而急劇上升和減速的傾向站入口速度對(duì)復(fù)線折返能力的影響比單軌折返還高。優(yōu)化方法1）單股道折返：峰值速度66.4km/h，入口速度為0.664km/h，改善入口速度，優(yōu)化折返能力。為了優(yōu)化旋回速度，車(chē)站入口速度盡量保持在峰值速度。2）雙股道折返：0-45km/h，提高入口速度，優(yōu)化轉(zhuǎn)身能力。線1的入口速度接近折返的限制速度，折回能力最佳。線路1的進(jìn)入速度為45km/h，回環(huán)能力最大可達(dá)33對(duì)/h。1.3.3折返走行長(zhǎng)度對(duì)一號(hào)線折返能力的影響分析及優(yōu)化列車(chē)的折返長(zhǎng)度與折返能力密切相關(guān)。電車(chē)的長(zhǎng)度變長(zhǎng)后，折返時(shí)間變長(zhǎng)，折返能力下降。因此，折返能力也是影響折返能力的重要因素。折返行駛的長(zhǎng)度主要受平臺(tái)和線路間隔的長(zhǎng)度的影響。站臺(tái)的長(zhǎng)度由列車(chē)編排決定。決定操作計(jì)劃后，平臺(tái)的長(zhǎng)度會(huì)固定。因此，基于折返操作對(duì)折返能力和優(yōu)化分析的影響，該區(qū)間主要分析線間距的影響。（1）計(jì)算結(jié)果取V岔=30km/h，Vmax=60km/h，停站時(shí)間取40s，站間距從1.2m，變化到16.2m，線間距與折返能力關(guān)系曲線如圖（4-6）：圖4-6線間距與折返能力關(guān)系圖（2）影響分析從圖（4-8）中可以看出，隨著線間距的增大，折返能力減小，線間距對(duì)折返能力影響較為顯著，對(duì)于單股道折返，線間距每增加2m，折返能力減小1對(duì)h，對(duì)于雙股道折返，線間距每增加1m，折返能力減小1對(duì)/h。線間距對(duì)雙股道折返的影響程度高于單股道折返。（3）優(yōu)化分析從影響的趨勢(shì)來(lái)看，可以看出小的線間距有助于恢復(fù)能力。在實(shí)習(xí)中，主要反映在平臺(tái)的選擇上。在側(cè)站臺(tái)島式站臺(tái)中，站臺(tái)之間的最小距離為1.2m，島主頁(yè)線之間的最小距離為11m20。單軌旋轉(zhuǎn)采用側(cè)平臺(tái)，折回能力比島平臺(tái)2-4對(duì)/h左右。雙軌道旋轉(zhuǎn)采用側(cè)面平臺(tái)，折返能力比島平臺(tái)高約4～8小時(shí)。由于線間距對(duì)折返能力的影響，側(cè)平臺(tái)對(duì)折返能力的優(yōu)化效果明顯。但是，乘客坐在一側(cè)的站臺(tái)上，然后關(guān)斷是不方便的，而且旅客流動(dòng)組織是混亂的。西安地鐵的折返站位于車(chē)站的起始和末端，旅客的流動(dòng)不是很大。對(duì)于設(shè)計(jì)階段的新站，在原設(shè)計(jì)不滿足折返能力要求的情況下，通過(guò)調(diào)整平臺(tái)的形狀或變更線路間隔，可以優(yōu)化折返能力。1.3.4牽引制動(dòng)性能對(duì)折返能力的影響及優(yōu)化分析車(chē)站內(nèi)外的列車(chē)運(yùn)行有火車(chē)牽引和制動(dòng)兩個(gè)條件。制動(dòng)力和牽引力決定了電車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度。列車(chē)行駛狀態(tài)頻繁變化，運(yùn)行時(shí)間短。因此，列車(chē)的制動(dòng)和牽引對(duì)列車(chē)運(yùn)動(dòng)有明顯的影響。由于列車(chē)牽引制動(dòng)決定了制動(dòng)力和牽引力，所以列車(chē)性能對(duì)車(chē)站內(nèi)外的列車(chē)運(yùn)行有很大影響，然后影響折返時(shí)間間隔。西安地鐵的平均啟動(dòng)加速度在0.83m/s2以下，通常的制動(dòng)加速度在1.0m/s2以上，緊急制動(dòng)加速度在1.2m/s2以上，對(duì)應(yīng)的牽引力為180kW，單體牽引力約22kN。在牽引計(jì)算算法中，列車(chē)的制動(dòng)性能直接影響列車(chē)內(nèi)外列車(chē)的牽引力和制動(dòng)力。牽引制動(dòng)加速度大，同一距離的行駛時(shí)間短，列車(chē)出入時(shí)間短，區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間縮短，轉(zhuǎn)彎能力優(yōu)化。因此，新車(chē)站可以利用牽引力高的列車(chē)來(lái)進(jìn)行線路運(yùn)行，可以優(yōu)化新車(chē)站的折回能力。（1）計(jì)算結(jié)果采用站前雙渡線折返，取進(jìn)站速度60km/h，道岔限速30km/h，停站時(shí)間40s，線間距11m，單機(jī)牽引力變化范圍為21.5KN~-20.5KN，單擊制動(dòng)力變化范圍為22KN~12KN，采用八組電機(jī)，則折返能力變化范圍如下：圖4-7牽引制動(dòng)力與折返能力關(guān)系圖（2）影響分析從折返能力的趨勢(shì)可以看出，隨著單個(gè)機(jī)器的牽引力和制動(dòng)力的減少，折返能力降低。在計(jì)算過(guò)程中，牽引力為0.5kN，行駛距離之差約5m，牽引時(shí)間之差為0.5s，制動(dòng)距離為2m，制動(dòng)時(shí)間差0.3s，旋轉(zhuǎn)恢復(fù)能力為0.5比/h。牽引力和制動(dòng)力對(duì)單軌和雙軌折返的效果沒(méi)有明顯差別。兩者的關(guān)系幾乎是直線的。（3）優(yōu)化分析以牽引力和制動(dòng)性能為基礎(chǔ)的折返能力優(yōu)化，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。然后，請(qǐng)改善電車(chē)的牽引力和制動(dòng)力，優(yōu)化折返能力。1.4折返能力優(yōu)化極值求解及結(jié)果分析僅獲得可調(diào)節(jié)元件的值組合的極值，諸如輸入速度、停止時(shí)間、旋轉(zhuǎn)次數(shù)限制，并且參數(shù)變化范圍與上述相同。當(dāng)線間隔為1.2m時(shí)，由于折回能力最大，所以在解決了極端之后，該節(jié)計(jì)算用于1.2m的線間隔的折回能力的極值。MATLAB程序的結(jié)果如下所示①單股道折返中，當(dāng)入口速度為602km/h時(shí)，開(kāi)關(guān)速度限制為60km/h，停止時(shí)間為20秒，折返能力可達(dá)到33小時(shí)。然而，現(xiàn)有技術(shù)難以達(dá)到60kmh的速度極限。在折返的限制速度范圍為20～45km/h時(shí)，以站速度60.2km/h、速度限制45km/h、停止時(shí)間20s取得最大值，最大值為32小時(shí)。報(bào)名速度為602km/h時(shí)，停止時(shí)間為20s，關(guān)斷速度限制為45km/h，側(cè)平臺(tái)，最小線間隔為1.2m，極值為36對(duì)。②對(duì)于雙軌道折返，在輸入速度為602km/h的情況下，開(kāi)關(guān)速度限制為60km/h，折返能力極值為41對(duì)H，折返時(shí)間間隔以1-2的間隔被限制。輸出限制速度為20-45km/h，并且車(chē)站的速度限制為45km/h的情況下，列車(chē)的2/3間隔限制了列車(chē)的折返間隔。變速器的速度限制在53km/h以上，無(wú)論進(jìn)入速度如何變化，返回能力的極值也不會(huì)改變。但是，在采用側(cè)平臺(tái)的情況下，線路間的最小距離為1.2m，進(jìn)入速度為45km/h，折返的速度限制為45km/h，最大值為43小時(shí)。從極值的取值參數(shù)中可以得出以下結(jié)論：（1）對(duì)于單股道折返，無(wú)論其他參數(shù)如何，最大轉(zhuǎn)回能力僅在站的相同速度點(diǎn)處取。隨著切換速度限制的增加，極端值也會(huì)增加停止壓縮時(shí)間，極值也會(huì)增加。隨著線間距的減少，極值增加。（2）如果變成有折返能力的極端值，無(wú)