城市轨道车辆运行节能方法优化研究

【摘要】：随着我国经济的高速发展、城市化进程的不断加快，城市轨道交通将在我国城市公共交通运输中占有越来越越重要的地位，城市轨道交通列车对仿真的要求也越来越高，然而由于我国城市轨道交通的建设才刚刚起步，基于城市轨道交通的模拟软件很不成熟，现有的软件主要是基于铁路牵引计算的模拟软件，由于城市轨道列车的运行条件和环境与铁路的运行相差较远，因此现有轨道车辆的运行特性曲线并不一定是最优的运行特性曲线，列车的运行能耗也并不一定是列车运行的最佳能耗。在国家大力提倡绿色环保的大趋势下，研究城轨列车的运行节能方法是既响应了国家号召又具有重大现实意义。目前我国各大高校和众多学者都投入到进行的如火如荼的研制城市轨道交通节能运行模拟系统当中，本设计以上海地铁二号线的测试数据为基础，介绍了城市轨道交通节能运行的理论基础和优化研究。 本文首先研究了城市轨道交通的运行受力情况和运行线路条件对列车运行过程的影响，分别对各个条件进行分析总结，建立了运行模型。 在此基础上，根据列车的牵引制动过程和相关计算理论，研究外力变化对列车运行的影响，并深入分析列车的节能运行算法，对算法进行探究和分析。然后根据相关的理论和算法，寻求一种更为合理节能的运行方案，并为科学的设计线路、车辆的选型、新车上线试验提供条件和理论依据，同时也能降低运营成本，从而一定程度上缓解我国能源短缺的现象。 在理论和算法的支撑下，我们对需求进行分析，建立了系统的整体框架模型，并对各个模块进行分析、细化，开发了城轨车辆运行节能方法优化系统，并提出了节能运行的优化设计方案。 城轨车辆运行节能方法优化系统设计成功后，通过改变列车的运行条件，计算出列车的牵引能耗，并将得到的试验数据与软件的仿真结果及实测上海地铁二号线结果进行比较分析，验证了优化方法的有效性。 【关键词】：城市轨道交通车辆 牵引计算 牵引能耗 节能优化
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U268.6;U239.5
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题的研究背景及意义12-15
• 1.1.1 课题的研究背景12-13
• 1.1.2 国内外的研究现状13-15
• 1.2 课题来源，研究意义以及论文的主要研究内容15-17
• 1.2.1 课题来源15
• 1.2.2 研究意义15-16
• 1.2.3 论文的主要研究内容16-17
• 第二章 列车牵引与制动理论研究17-37
• 2.1 列车牵引力的力学分析17-19
• 2.1.1 牵引力的形成17-18
• 2.1.2 牵引力的计算18-19
• 2.2 列车的运行阻力分析19-23
• 2.2.1 列车的基本阻力19-20
• 2.2.2 列车的附加阻力20-23
• 2.2.3 列车的阻力计算23
• 2.3 列车的制动力分析23-26
• 2.3.1 摩擦制动24
• 2.3.2 电气制动24-26
• 2.4 列车运行状态分析26-28
• 2.4.1 列车的运行状态26-27
• 2.4.2 列车运行状态的转化27-28
• 2.5 列车的运行方程28-31
• 2.6 城市轨道交通制动距离的计算31-34
• 2.6.1 空走制动距离32-33
• 2.6.2 有效制动距离的计算33-34
• 2.7 列车的最优运行策略34-36
• 2.7.1 列车限速34-35
• 2.7.2 城市轨道交通列车耗能计算35-36
• 2.8 本章小结36-37
• 第三章 城市轨道交通车辆节能优化设计37-53
• 3.1 仿真系统的设计方案37-38
• 3.2 系统功能模块设计38-42
• 3.2.1 系统功能模块38-40
• 3.2.2 系统模块化设计40-42
• 3.3 节能优化系统的模型及算法研究42-46
• 3.4 软件系统介绍46-51
• 3.4.1 登陆界面46-47
• 3.4.2 系统主界面47-48
• 3.4.3 数据输入界面48-50
• 3.4.4 计算参数设置界面50-51
• 3.4.5 输出图形窗口界面51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 上海地铁二号线的实测数据分析53-70
• 4.1 测试方案53-54
• 4.2 测试数据分析54-62
• 4.2.1 淞虹路到龙阳路的测试数据分析54-57
• 4.2.2 龙阳路到淞虹路的测试数据分析57-60
• 4.2.3 车辆运行的转矩和速度的变化曲线60-62
• 4.3 能耗的计算与分析62-68
• 4.3.1 计算时采用的参数和概念62-64
• 4.3.2 能耗计算与分析64-67
• 4.3.3 能耗计算结果分析67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 算例研究70-81
• 5.1 上海地铁2号线车辆及技术参数70-72
• 5.1.1 车辆配置70-71
• 5.1.2 列车加速过程71
• 5.1.3 列车负载数据71-72
• 5.2 软件系统的仿真结果72-78
• 5.2.1 列车参数计算的输入窗口73
• 5.2.2 节时算法的仿真结果73-75
• 5.2.3 混合优化算法的仿真结果75-78
• 5.3 计算结果分析78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-84
• 6.1 论文总结81-82
• 6.2 预期学术成果及应用价值82-83
• 6.3 展望83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果87-88
• 致谢88-89

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