大三下城轨综合实验报告

城市轨道交通综合实验报告学院：交通运输学院课程：城市轨道交通综合实验目录实验1：列车运行计算基础数据输入11.1线路数据11.2机车及列车数据11.2.1机车数据11.2.2列车数据41.3模拟计算4实验2：线路条件对列车运行的影响62.1模拟区间62.2线路条件对列车运行的影响62.21坡道对列车运行的影响62.2.2曲线对列车运行的影响72.3曲线和坡道位置对列车运行影响对比82.4节能坡设计82.4.1节能坡长度、位置、坡度确定82.4.2节能坡运行结果92.5线路纵断面设计102.5.1高程差为正的坡道102.5.2高程差为负的坡道122.5.3总结14实验4：机车牵引特性分析与机车选型354.1模拟运行计算结果354.1.1 DF4/H机车牵引列车（见附录1）354.1.2 and5机车牵引列车（见附录1）354.1.3 adf11机车牵引列车（见附录1）354.2结果分析354.2.1列车运行时分记录（见附录2）354.2.2满足需求的机车354.2.3机车选型35附录1 模拟计算结果37DF4/H机车牵引列车模拟计算结果37and5机车牵引列车模拟计算结果38adf11机车牵引列车模拟计算结果39附录2运行时分文本41DF4/H机车牵引列车运行时分41And5机车牵引列车运行时分56Adf11机车牵引列车运行时分71实验5：路网拓扑结构及其数据管理865.1路网拓扑图865.2车站数据输入865.2.1甲站数据输入865.2.2乙站数据输入865.3区间数据输入865.4路网图生成87实验6：列车运行计划编制886.1路网数据准备886.2开行方案886.2.1机车选用886.2.2作业时分标准制定886.3运行计划编制896.3.1执行开行方案896.3.2冲突疏解896.3.3完成运行图绘制91实验7：列车制动过程模拟947.1停车制动实验947.1.1重车常用制动947.1.2重车紧急制动947.1.3空车常用制动957.1.4空车紧急制动957.2制动过程影响因素分析实验957.2.1列车管减压量对列车制动距离的影响957.2.2列车制动初速度对列车制动距离的影响967.2.3列车换算制动率对列车制动距离的影响977.2.4牵引质量对列车制动距离的影响977.3制动调速实验987.3.1重车调速987.3.2空车调速997.4定点停车模拟操纵实验99附录1 制动调速实验空车运行时分文件100附录2 定点停车实验运行时分文件102实验8：列车运行驾驶模拟1058.1最小时分模式下列车运行驾驶模拟实验1058.1.1实验结果1058.1.2最小时分模式下列车操纵分析1068.2固定时分模式下列车运行驾驶模拟实验1078.2.1实验结果1078.2.2固定时分模式下列车操纵分析107实验1：列车运行计算基础数据输入1.1线路数据图 1-1“10253012刘悦”线路数据部分图示1.2机车及列车数据1.2.1机车数据1. DF4h-253012图 1-2 DF4h-253012牵引特性曲线图 1-3 DF4h-253012燃油曲线2. DF4bh-253012图 1-4 DF4bh-253012牵引特性曲线图 1-5 DF4bh-253012电阻制动特性曲线图 1-6 DF4bh-253012燃油曲线3. SS1-253012图 1-7 SS1-253012牵引特性曲线图 1-8 SS1-253012电阻制动特性曲线图 1-8 SS1-253012有功电流特性曲线1.2.2列车数据图 1-9 253012-A（BC）列车数据1.3模拟计算两种情况下，分别对列车A、B、C在模拟区段运行，第一种情况（A站出发、B站停车120s、C站停车），第二种情况（A站出发、B站通过、C站停车）。两种情况运行速度时分图比较如下图： 图1-10列车“253012-C”于B停站120秒（左）与不停站速度曲线比较运行结果比较如下表：表1-1三种列车在两种情况下各项指标差别从上表可看出，中间车站站停与否对列车的运行时分、最大速度、运行能耗等均有影响。其中，对运行时分和能耗的消耗不停站相比停站有所减少，其他各项速度、加速度指标均有增加。另外，中间车站站停与否对电力机车驱动的列车的能耗影响远大于内燃机车驱动的列车；且其只影响电力机车的最高速度，对内燃机车的最高速度无明显影响；对三种机车的最大加速度均无明显影响。实验2：线路条件对列车运行的影响2.1模拟区间为了在后续实验中能够准确判断坡道、曲线对列车运行的影响，模拟区段中不含坡道和曲线。以下研究均以列车“253012-C”为研究对象，研究线路条件对此列车运行的影响。因线路条件对列车运行的影响主要表现在列车运行时分与能耗上，故主要分析对这两个指标的影响。表2-1列车“253012-C”在线路数据文件“模拟区段”中生成的运行时分及能耗（注：以下所用均为列车“253012-C”所得数据，不再重复说明）2.2线路条件对列车运行的影响2.2.1坡道对列车运行的影响1. 坡度对列车运行的影响表2-2线路数据文件“B站上坡”生成的运行时分及能耗（i=12，起点距离B站中心线3500m）表2-3线路数据文件“B站上坡19”生成的运行时分及能耗（i=19，起点距离B站中心线3500m）2. 坡道位置对列车运行的影响1) 上坡图2-1上坡坡道位置研究表2-4线路数据文件“A站上坡”生成的运行时分及能耗（i=12，起点距离A站中心线1000m）表2-5线路数据文件“B站上坡”生成的运行时分及能耗（i=12，起点距离B站中心线3500m）表2-6 “中间上坡”生成的运行时分及能耗（i=12，起点距A站中心线6500m，位于区间正中）2) 下坡图2-2下坡坡道位置研究表2-7线路数据文件“A站下坡”生成的运行时分及能耗（i=-12，起点距离A站中心线1000m）表2-8线路数据文件“B站下坡”生成的运行时分及能耗（i=-12，起点距离B站中心线3500m） 表2-9 “中间下坡”生成的运行时分及能耗（i=-12，起点距离A站中心线6500m，位于区间正中部）3. 总结坡度对于列车运行时分以及能耗都有影响。坡度越大，运行时分越长，运行能耗越大。坡道位置对于列车运行时分以及能耗都有影响。上坡位于靠近A站、区间正中部、靠近B站的位置，运行时分、能耗依次减小；若是下坡，则依次增大。2.2.2曲线对列车运行的影响1. 曲线半径对列车运行的影响表2-10线路数据文件“A站曲线”生成的运行时分及能耗（曲线R=400m,L=1800m）表2-11线路数据文件“A站曲线3000”生成的运行时分及能耗（R=3000m,L=1800m）2. 曲线长度对列车运行的影响表2-12线路数据文件“A站曲线800”生成的运行时分及能耗（曲线R=400m,L=800m）曲线表2-13线路数据文件“A站曲线”生成的运行时分及能耗（R=400m,L=1800m）3. 曲线位置对列车运行的影响 表2-14线路数据文件“A站曲线”生成的运行时分及能耗（曲线起点距A站中心线1000m）曲线表2-15线路数据文件“中间曲线”生成的运行时分及能耗（起点距A站中心线6500m）曲线表2-16线路数据文件“B站曲线”生成的运行时分及能耗（起点距A站中心线11500m）4. 总结曲线半径对于列车运行时分以及能耗都有影响。半径越小，运行时分越长，运行能耗越大。曲线长度对于列车运行能耗有影响，对于运行时分影响不大。曲线长度越长，运行能耗越大。曲线位置对于列车运行时分以及能耗都有影响，但影响相反。位于靠近B站、靠近A站、区间正中部的位置，运行时分依次减小；能耗则依次增大。2.3曲线和坡道位置对列车运行影响对比表2-17曲线和坡道位置对列车运行影响对比表格2.4节能坡设计由2.2可知，上坡距B较近，下坡距A较近，列车运行时分与能耗较小。所以节能坡以此为基础设计。2.4.1节能坡长度、位置、坡度确定1. 上坡起点与B站距离确定表2-18 “B站上坡”生成的运行时分及能耗（i=12，坡长2000m，起点距离A站中心线11500m）表2-19 “B站上坡调整”生成的运行时分及能耗（i=12，坡长2000m，起点距离A站中心线13900m）2. 上坡坡长确定表2-20 “B站上坡调整”生成的运行时分及能耗（i=12，坡长2000m，起点距离A站中心线13900m）表2-21 “B站坡长调整”生成的运行时分及能耗（i=12，坡长500m，起点距离A站中心线13900m）3. 上坡坡度确定表2-22 “B站坡长调整”生成的运行时分及能耗（i=12，坡长500m，起点距离A站中心线13900m）表2-23 “B站坡度调整”生成的运行时分及能耗（i=19，坡长500m，起点距离A站中心线13900m）4. 下坡起点与A站距离确定表2-24 “A站下坡”生成的运行时分及能耗（i=-12，坡长5000m，起点距离A站中心线1000m）表2-25 “A站下坡调整”生成的运行时分及能耗（i=-12坡长5000m，起点距离A站中心线400m）5. 下坡坡长确定表2-26 “A站下坡调整”生成的运行时分及能耗（i=-12，坡长5000m，起点距离A站中心线400m）表2-27 “节能坡”生成的运行时分及能耗（i=-12下坡，坡长7000m，起点距离A站中心线400m）6. 下坡坡度确定表2-28 “节能坡”生成的运行时分及能耗（i=-12，坡长7000m，起点距离A站中心线400m）表2-29 “A站坡度调整”生成的运行时分及能耗（i=-8，坡长7000m，下坡起点距离A站中心线400m）2.4.2节能坡运行结果节能坡最终运行结果和各项参数如表2-30，与区段无坡度曲线相比，节能458kwh。表2-30线路数据文件“节能坡”生成的运行时分及能耗表2-31线路数据文件“模拟区段”生成的运行时分及能耗图2-3节能坡运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线2.5线路纵断面设计图2-4纵断面坡道种类示意2.5.1高程差为正的坡道1. 1号坡道表 2-32 1号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)0200001.81300024020000区段两端高程差:24表2-33线路数据文件“1号坡”生成的运行时分及能耗2. 2号坡道表 2-34 2号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000122000240130000区段两端高程差:24表2-35 线路数据文件“A站上坡”生成的运行时分及能耗3. 3号坡道表 2-36 3号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)012500012200024025000区段两端高程差:24表2-37线路数据文件“中间上坡”生成的运行时分及能耗4. 4号坡道表 2-38 3号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)02000012250030095000-61000-6区段两端高程差:24表2-39线路数据文件“4号坡”生成的运行时分及能耗图 2-5 4号坡运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线5. 5号坡道表 2-40 5号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000-82500-2006500011400044020000区段两端高程差:24表2-41线路数据文件“5号坡”生成的运行时分及能耗图 2-6 5号坡运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线2.5.2高程差为负的坡道1. 6号坡道表 2-42 6号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000-1.813000-24025000区段两端高程差:-24表2-43线路数据文件“6号坡”生成的运行时分及能耗2. 7号坡道表 2-43 7号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)0125000-122000-24025000区段两端高程差:-24表2-44线路数据文件“A站下坡”生成的运行时分及能耗3. 8号坡道表 2-45 8号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000-122000-240130000区段两端高程差:-24表2-46 线路数据文件“B站下坡”生成的运行时分及能耗4. 9号坡道表 2-47 9号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000810008065000-162000-32020000区段两端高程差:-24表2-48线路数据文件“B站下坡”生成的运行时分及能耗图 2-7 9号坡运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线5. 10号坡道表 2-49 10号坡区段高程差计算坡度 ()坡长（m）坡道两端高程差(m)020000-114000-440650008250020020000区段两端高程差:-24表2-50线路数据文件“10号坡”生成的运行时分及能耗图 2-8 10号坡运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线2.5.3总结在保证“高程差”和区段长度两者不变的前提下，对比分析不同断面结构对列车运行的影响，将10种纵断面坡道运行时间、能耗汇总，得到如下表格：表2-51不同纵断面下列车运行时分与能耗对比从表中可看出：1) 对于区间来说，下坡（即高程差为负）比上坡节省时间和能耗2) 在区间设置整个上坡与整个下坡的最大优点是节省运行时间3) 先下后上比先上后下更节省运行时间和能耗，且下坡高度大于上坡高度，即高程差为负时，节省效果最好。节能坡原理正是来源于此。实验4：机车牵引特性分析与机车选型4.1模拟运行计算结果选择三个内燃机车，进行模拟计算，得出结果后加以判断。4.1.1 DF4/H机车牵引列车（见附录1）4.1.2 and5机车牵引列车（见附录1）4.1.3 adf11机车牵引列车（见附录1）4.2结果分析4.2.1列车运行时分记录（见附录2）4.2.2满足需求的机车根据条件，模拟时分与缓冲时间之和小于计划时分的机车可列入机车可行集合，而大于的则需排除后重新从机车文件中选择新的机车。下表是4.1中三个列车的运行结果。其中内燃机车计划时分取40分钟，缓冲时间设为1分钟。表4-4三种机车牵引列车运行模拟时分机车名称模拟时分（min)模拟、缓冲时间和运行能耗(kwh)DF4/H38:4039:40247.23and535:3036:30248.89adf1135:5536:55277.31从上表看出，三种机车牵引的模拟、缓冲时间和均小于40min，所以均满足运输需求。4.2.3机车选型三种机车均满足需求，下面从中选择给定线路条件、列车编组和计划运行时分下的最优机车型号。1. 运行区段统计1) DF4/H机车牵引列车表4-5 DF4/H机车运行区段数据统计2) and5机车牵引列车表4-6 and5机车运行区段数据统计 3) adf11机车牵引列车表 4-7 adf11机车运行区段数据统计2. 运行计算指标统计表4-8三种机车牵引指标统计3. 最优机车选择影响机车选型的因素有很多，从不同的角度考虑，得出不同的最优机型。在实际中，机车类型应根据牵引种类、运输需求及与线路平、纵断面技术标准相协调的原则，结台车站分布和相邻线路的牵引质量、经技术经济比选确定。1) 运行时分因素本着运行时分越小越好的原则来选择，and5 、adf11这两种机车相比DF4/H运行时分小，and5相比adf11又略小一些。2) 运行能耗因素本着运行时分越小越好的原则来选择，DF4/H、and5相比adf11运行能耗小，而DF4/H相比and5又略小一些。3) 功率因素在一定的运输需求和确定的限制坡度条件下，优先选用大功率机车更为经济，这是因为采用大功率机车可大幅提高牵引质量，减少货物列车对数，增大站间距离，减少车站数量，从而大量节省工程投资。由于功率与能耗成正比，由查到的资料以及计算知，and5功率最大。附录1 模拟计算结果DF4/H机车牵引列车模拟计算结果表4-1 DF4/H在线路数据文件“10253012刘悦”中生成的运行时分及能耗图 4-1 DF4/H牵引列车运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线图 4-2 DF4/H牵引列车运行“手柄位-距离”曲线and5机车牵引列车模拟计算结果表4-2 and5在线路数据文件“10253012刘悦”中生成的运行时分及能耗图 4-3 and5牵引列车运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线图 4-4 and5牵引列车运行“手柄位-距离”曲线adf11机车牵引列车模拟计算结果表4-3 adf11在线路数据文件“10253012刘悦”中生成的运行时分及能耗图 4-5 adf11牵引列车运行“速度-距离”与“时间-距离”曲线图 4-6 adf11牵引列车运行“手柄位-距离”曲线附录2运行时分文本DF4/H机车牵引列车运行时分运行时分 运行距离 实际里程 速度 工况 手柄位 加速度 0:0:0 0.0 269050.000 0.00 停站 8000 0.0000 0:0:5 1.3 269051.254 1.81 12 12 0.3611 0:0:10 5.0 269055.016 3.61 15 15 0.3611 0:0:15 11.2 269061.246 5.36 16 16 0.3497 0:0:20 19.9 269069.851 7.03 16 16 0.3343 0:0:25 30.7 269080.727 8.63 16 16 0.3198 0:0:30 43.8 269093.805 10.20 16 16 0.3144 0:0:35 59.0 269109.032 11.72 16 16 0.3043 0:0:40 76.4 269126.368 13.24 16 16 0.3033 0:0:45 95.8 269145.806 14.75 16 16 0.3022 0:0:50 117.3 269167.339 16.26 16 16 0.3010 0:0:55 140.9 269190.919 17.70 16 16 0.2887 0:1:0 166.5 269216.455 19.07 16 16 0.2747 0:1:5 193.9 269243.851 20.38 16 16 0.2612 0:1:10 223.0 269273.017 21.62 16 16 0.2481 0:1:15 253.9 269303.857 22.79 16 16 0.2345 0:1:20 286.3 269336.282 23.90 16 16 0.2218 0:1:25 320.2 269370.207 24.95 16 16 0.2102 0:1:30 355.6 269405.555 25.95 16 16 0.1994 0:1:35 392.3 269442.252 26.90 16 16 0.1893 0:1:40 430.2 269480.243 27.81 16 16 0.1834 0:1:45 469.5 269519.488 28.70 16 16 0.1779 0:1:50 510.0 269559.951 29.56 16 16 0.1726 0:1:55 551.6 269601.594 30.40 16 16 0.1674 0:2:0 594.4 269644.382 31.21 16 16 0.1623 0:2:5 638.3 269688.280 32.00 16 16 0.1574 0:2:10 683.3 269733.255 32.76 16 16 0.1527 0:2:15 729.3 269779.276 33.51 16 16 0.1485 0:2:20 776.3 269826.315 34.23 16 16 0.1447 0:2:25 824.3 269874.347 34.93 16 16 0.1410 0:2:30 873.3 269923.344 35.62 16 16 0.1374 0:2:35 923.3 269973.280 36.29 16 16 0.1327 0:2:40 974.1 270024.117 36.92 16 16 0.1268 0:2:45 1025.8 270075.818 37.53 16 16 0.1218 0:2:50 1078.3 270128.348 38.11 16 16 0.1172 0:2:55 1131.7 270181.681 38.69 16 16 0.1142 0:3:0 1185.8 270235.804 39.25 16 16 0.1131 0:3:5 1240.7 270290.709 39.81 16 16 0.1121 0:3:10 1296.4 270346.386 40.36 16 16 0.1105 0:3:15 1352.8 270402.826 40.91 16 16 0.1088 0:3:20 1410.0 270460.015 41.44 16 16 0.1071 0:3:25 1467.9 270517.942 41.97 16 16 0.1055 0:3:30 1526.6 270576.594 42.49 16 16 0.1034 0:3:35 1586.0 270635.954 42.99 16 16 0.1002 0:3:40 1646.0 270696.004 43.48 16 16 0.0987 0:3:45 1706.7 270756.738 43.97 16 16 0.0984 0:3:50 1768.2 270818.154 44.46 16 16 0.0981 0:3:55 1830.2 270880.246 44.95 16 16 0.0966 0:4:0 1893.0 270942.993 45.41 16 16 0.0919 0:4:5 1956.4 271006.363 45.84 16 16 0.0874 0:4:10 2020.3 271070.326 46.26 16 16 0.0836 0:4:15 2084.9 271134.859 46.66 16 16 0.0803 0:4:20 2149.9 271199.941 47.05 16 16 0.0777 0:4:25 2215.6 271265.553 47.43 16 16 0.0751 0:4:30 2281.7 271331.685 47.80 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