中低速磁浮交通轨道工程研究与设计

中速磁交轨道程究与计杨其振,刘道通,于春华铁道第三勘察设计院中速磁交轨道程究与计杨其振,刘道通,于春华铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)摘要:中低速磁浮交通系统是近年来兴起的一种城市轨道交通系统国外已建成运营线路,国内部分城市也已经开展运营线路建设的前期工作为了满足城市轨道交通的发展需求,有必要对中低速磁浮交通轨道工程设计标准结构特点进一步研究唐山中低速磁浮试验线于2008年开始试验运行,其实践表明轨道结构设计能满足中低速磁浮轨道交通工程的整体需求是安全可靠的通过总结唐山中低速磁浮试验线的建设经验并研究相关试验资料,结合城市轨道交通工程实践,对中低速磁浮轨道工程的系统构成及功能设计要点进行研究探讨。关键词:中低速磁浮;轨道结构;几何形位;研究与设计相继入试验。1991年,日本在名古屋附近的大江,成条新的面应用的试验线。2005年3月,日本建设通了中低磁悬浮铁商业运行线东部丘陵线(Lnmo),该线长89m,连接名古一个地铁车站和郊的一个代化居住区,目运行良好,起到了中低速磁浮交通系统的示范作用,有力地证实了其优势。112内中低速浮发展情况在20世纪70年代我科技工作对于磁浮交通系的新技术进展就给了关注,部分大学研究机构展了基础研究。11211国防科大学研究况防科技大的磁浮技研究工作于1980年。为使防科技大学的磁浮技术走向应用,国防科技大学于2001年5月在校园内建成1条长204m的试验路。2008年5月,北京控股公司在唐山车辆厂厂区内修的15m中低速浮试验建成,目前已投入试验行。11212西南交大学研究况南交通大学1986年开始研究磁浮列车技术。青山磁浮试线2006年4月建成,长425m,最大坡度20%,最小曲线径250。11213上海磁交通公司究情况2007年,海南汇临新城建成1长15m的磁悬试验示范线含道岔),线路条件满足列车100m/h的运速度要求。中图分类号:U237文献标识码:A文章编号:1004-2954(2010)10-0035-05浮技术的研究源于德国,磁浮交通系统具有选线自度大噪声小振动低舒适维护等特点中低速悬浮列车高车速80160m/h,造价相对低廉,与轻轨地铁等传统轨道交通具有互补性,发展前景看好本文重点对中低速磁浮列车工作原理轨道含道岔)构以及轨几何状态问题进行述。1国内中低速磁交通系统展情况111外中低速浮发展情况外中低速浮列车以日本的HT系统为典型代表从1974年到1989年,H01到H0型车收日期:2010-07-15作简介:杨振(1973),男,高级工程师,1995年毕业于西南交通大学,学学士。重要础[J.通运输,2006(B12):505.李长淮,宋剑.高速路引入枢纽及站型布置研究[J.铁道标准设计,2010(4):61.刘永平.轨交枢规划设计的几点思考[J.管理观察,2009(19):9.陆文隽.城市发展的角度看轨道交通枢纽站设计[J.山西建筑,2008(11):26626.潘海啸,杜雷.城市交通方式和多模式间的转换[M.上海:同济大出社,200.姜帆.市轨交与他交方衔的研究[J.北交通大学报,2001(4):10811.周铁征.型铁客综交通纽形与建思路[J.铁道工程报,2008,10刊):808.铁第三察计院集团有限公司.于家堡站交通枢纽市政配套用工可设计[Z.津:200.城市交通中心。(2)城市综交通枢纽各个子项尽量在一个统一的规设计前提下实施,同时枢纽周边路网公交配套市政管等城市配工程提前划,发挥整个枢纽的合效率。(3)对影响合交通枢纽设计和建设的设备系统接口计营控制维护等纽运营管模式要认真研究,以保枢纽建成真正发挥效能。参考献:[4][5][6][7][8][1]沈中伟.轨道交通枢纽综合体设计的核心问题[J.时代建筑,2009(5):272.王雪标.城市综合交通枢纽的分类与布局[J.综合运输,2008(5):242.[9][2][10][3]仁涵,顾煜.沈荣芳交通枢纽理论研究是规划大都市交通圈AWAYSNDADDESN 2010(10)铁道标准设计35杨其振,刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路杨其振,刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·113山中低速浮试验线介形成我国中低速磁浮研发体系,并满十一五国家科技支撑计划重点项中低速磁浮交通技术及程化应用研究课题研究需求,铁道第三勘察设计集团有限公司作为工程总体设计单位,配合北中速磁浮研发体系,于2006年～2007年完成唐山中速磁浮试验线及其试验基地设计工作。2009年7月,试线正式投试验运行。山中低速磁浮试验线以下简称唐山试验线)位于山机车车辆厂内,全部为高架线路,正线全长1547m,平线最小半径100m尾设1处半径50m平线以备他用),最大坡度70‰,试验线设置磁浮单开岔1处图1)。控制,这是于安装在车体上的电磁铁铁芯和铁磁性倒U形轨道是正对的,如果两者有一定的错位,两者间的力线就会产生一个反方向的横向力,使得列车回到心线磁列车导向理如图3示。图3磁浮列车导向原理示意3轨道构组成及能道是中低速磁浮线路的重要技术装备之一,是行车基础轨是列车悬浮行和停放的备,引导机车辆运行,直接受来自车的荷载,轨道必须坚固定,具有正确几何形位,以确列车的安全运行。道是由导轨感应板轨枕扣件伸缩节承轨台道岔及属设备组成唐山试验线轨道结构横断面如图4所示。图1唐山中低速磁浮试验线2中低磁浮列车悬浮驱动及导原理车采用环轨道形式列车轨道两侧为悬空的倒U形铁磁性轨道,轨道上铺设了铝质的反应极板倒U轨道上反应板的正上方是安装在车体上的直电机定子,在倒U形轨道的正下方是固定在车体上的悬浮导向磁铁磁浮列车悬浮结构示意见图。图4唐山试验线轨道结构横断面单位:mm)311轨及感应板山试验线轨采用低钢制造,质量127kgm,断面为F形,导轨上覆铝制感应板导轨下表面有两个磁极,起悬浮作用;上表面是直线感应电机,覆盖有铝板,外垂直法兰于机械制动。F形导用于制作中低速磁浮轨排,分为直线导轨圆曲线轨和缓和线导轨。期的一些验线工程,导轨用机加工制造,造本较高,生产周期长唐山试验线导轨实现了一次制成形,为以后低速磁浮统的工程化产业化创了有利条件图5)。312轨轨缝接头及枕31211轨缝轨在轨温化时,沿线路方热胀冷缩,需在导轨接处预留轨缝为满足同地段导热胀冷缩及行车定性的需要,唐山试验线共设计了3种形式的铁道标准设计 AWAYSNDADDESN 2010(10)图2磁浮列车悬浮结构简图体上的悬磁铁通电就会与铁性轨道之间产生力,得车体向抬起脱离道。车的牵引电机是短定子直线电机,电机初级也就是子,安装在车上的,牵引功率转换和控制是在上实现的车体上安装直线电机的定子,其正下方轨道上安装有感应板,当定子通过三相电流后产生个移动的磁场,这个磁场在感应板上感应出电流和生磁场,两个磁相互作用产生了推力。车的导向是自动的,不需要导向电磁铁的主动36©1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.杨其振刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·致,主要部有弹性垫板铁板轨辅助螺栓锚固杨其振刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·致,主要部有弹性垫板铁板轨辅助螺栓锚固螺栓,扣件下部基础用混凝土螺栓套管形式,其结形式类似市轨道交无砟轨道件结构。山试验线采用的扣结构形式图6所示。图5导轨横截面导轨头,即J型J型J型导轨接头,分别设1个2个4轨缝。31212接头J型接头:适应轨排伸缩量在10m以内的接头轨排直接接构成J接头;J型接头:适应轨排伸缩量在10～20m的接头;J型接头:适应排伸缩量>20m的接头。山试验线架桥主要用124m简支梁,JⅠ接设置于同片梁上两轨排之间,J型接头设于18m跨径支梁梁缝处,J型接头设于24m跨径简支梁缝处山试验线的试验运行表明,这3种接头设计是适的,满足轨排胀冷缩需要,轨缝最大也能保证车稳定。31213钢枕枕一般采低碳钢制造,横断面形式工字形或形,造时上部侧预留与轨连接螺孔,下部预锚固螺栓装孔。山试验线采工字形轨枕,日本东部丘陵线上海试线采用矩轨枕工形轨枕安装维护工作为方便,但相关验数据表明,由轨排的热胀缩,工字轨枕腹板承受弯矩较大在以后的工程实践中,尚应结合进一步的试验研究确定轨枕断面形式。313件轨与钢枕过螺栓连接,组轨排,扣件将轨排固定下部基础上。前国内外中低速磁浮的运营线及试验线有:日本名屋市爱知东部丘陵线长国防科大验线、西南大青城山验线唐山试验线上南汇临港新城试线,构形式特如表1所示。图6唐山试验线扣件314轨台轨台处于部基础桥梁路基面等)与轨排之间,它承接轨排及扣传递来的种作用力,再将其传递下部基础。本名古屋部丘陵线上海验线青城山试验线唐山磁试验线承台均采用次浇筑结构,这种结构主要优点是能够保证轨排的铺设精度,同时该结构满足强度求工简便造价低廉。现阶段,承轨台采用二次浇筑结构是较为理想的一方案承轨台内预埋扣件锚固螺栓套管,内布钢筋下部基础工时,预埋竖向筋,强承轨台与下部础的联结。唐山试验线的工程实践来看,由于二次浇筑的承轨尺寸较小(400m400m130m),在我国北方季进行铺轨施工时,承轨台混凝土养护期间保温措较为困难,在我南方地区不存在此题。4道岔车挡411岔系统工原理低速磁浮道岔采用三点定心原理设计,原理如图7示。表1扣件结构形式目名古屋防大城山唐山海图7道岔三点定心原理示意弹垫板垫板铺轨助栓锚螺栓有有有有有有无有有有有有有有有有有有有有混土+螺套管图7中L1L2L3为3段道岔梁,每段道岔梁都有一个定的转动中心,分别为OOO,道岔梁可以1 2 3其由转动;道岔梁的另一端称为移动端道岔梁L3为主动梁,在梁上适当位置安装了驱动机构,给主梁供一个横向摆动的力,如图7中的F所示,从而使动梁绕O3点发生相应的转动;滑块B将主动扣件下基凝土+埋板凝土+凝土+础固式栓管 焊接栓管栓管上述可知,除国科大长沙验线外,其他现有中低磁浮运营线试验线轨排扣件结构形式较为一铁道标准设计 AWAYSNDADDESN 2010(10)37©1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.杨其振,刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·梁L杨其振,刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·梁L3的横向运动位移)传递给从动梁L2的移动端,而从动梁L2绕O2端发生转动;进而再通过滑块A带动二从动梁L1绕O1端转动。过上面的动,能实现道的转辙功能。412岔结构浮道岔有开开开等形式单开道岔整机由3段活动梁2垛梁走行台车支撑底板主梁横向定机构主梁竖向锁定机构曲柄驱动机构道梁转定心机构轨道连接板动力轨连接部分控制系统等组成,这种形式的道岔已应用多年,性能良好。413山试验线开道岔41311道岔构及参数山试验线设单开道岔1组,供道岔试使用,也是验线通往来车辆总装库的预留道岔如图8所示。图8单开道岔示意山试验线开道岔的要参数如表2所示。计经验,正线辅助线试车线列车撞击车挡时车速按15m/h进行计。停车库内置了钢架车挡列在场段内行驶速较低,根据城轨目设计经验,固式车挡设计列车击速度可不大于5m/h计,内存车线车挡可按3m/h设计。表2单开道岔主要参数项 目指标备注3476430764211504800303620001002540150道岔长m活动总长/m主动长m从动长m道岔高度/m轨距m直向通速度/(m/h)侧向通速度/(m/h)侧向构速度/(m/h)动作间/s包两端垛长度基顶面到F连面离F轨心线距5轨道何形位道几何形位是指轨道各部分的几何形状相对位置基本尺寸轨道几何形位正确与否,对机车车辆的全运行乘客的行舒适度设备使用寿命和养护用起着决性的作用。中低速磁浮交通领域,这方面的研究尚处于起步阶段,缺相关技术准,进行中低磁浮工程化设计时,应合具体工的设计标开展专项究,确定轨几何形位设计验收养护标准。511线轨道的何形位静态)直线轨道的几何形位主要包括轨距水平轨向、前后高低,其概念与轮轨系统基本相同,在此不再赘述。距是指轨两侧两悬磁极面中的距离唐山磁试验线轨距为2000m;日本名古屋东部丘陵线轨为1700m;上海浮试验线距为1900。低速磁浮车辆通过曲线时,由于其转向架设计的特性,曲地段轨距须调整。山试验线设计期间,由于缺乏相关技术资料及基础究,线轨道几何形位设计验收标准参地铁工程施工验收规范(B502991999)执行。在唐试验线竣后,者参与十一五国家科技支撑划重点项中低速磁浮交通技术及工程化应用研究课题研究,结合唐山试验线运行试验及国外铁道标准设计 AWAYSNDADDESN 2010(10)从到信到出号全程41312道岔基设计岔部分的基础形式应具有足够的承载力和刚度,防止道岔部分产生过大变形,影响道岔的正常工作岔基础采刚性基础,结合路纵断面置,主要有种形式,一种为接支承于面的落地基础,一种支承于高桥上的高形式,桥面高程宽度等布设要考虑道安装条件运营维护件。山试验线道岔设于一个整体的桥面上,施工时道岔备与基础连接采用支墩过渡的方式,支墩与上部预件连接采用多次浇筑的方式,以满足施工精度和预件的安装支墩第一次浇筑时,固定预埋钢板支撑脚,二次浇筑时,固定预埋钢板的地脚螺栓和剪力钉。岔基础不匀沉降控在710。414挡正线的起终点及车场线的终点设车挡,为保护车辆,正线辅助线试车线端部宜安装液压缓冲式车挡,车场线头可安装压或固定车挡。山试验线在正线的末端研究铺设了液压式车挡,按照目中低速磁浮车辆设计参数及城轨项目设38©1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.杨其振刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·相关试验资料,重新制定杨其振刘道通于春华中低速磁浮交通轨道工程研究与设计线路路基·相关试验资料,重新制定了直线轨道几何形位标准表3)。用第一种方法设置超高时,轨道中心线与线路中心一致,超高顺坡坡度较小,超高渡段行车较为平稳,在道内设置时,可少增加隧曲线地段的建筑界,省轨道投资因此,在不增工程实施及养护度的前提下,优采用第一设置方法,也可采用第种设置方法。表3轨道几何形位允许偏差值施工验收)m项目距水平轨向高低山验线程研究-2～+33232323512线轨道外超高51211外轨超的作用辆在曲线行驶时,由于离力作用,将车辆推向外钢轨,加大了外轨的压力,使旅客产生不适,同时转架内外侧与导轨间垂向磁力不均,其偏差过大时可会导致悬浮控制失稳因此,需要把曲线外轨适当高,机车车辆的自身重力产生一个向心的水平分力,以抵消惯性离心力,达到内外侧导轨受力均匀,满足乘舒适度要求,提行车稳定及安全性。51212外轨超计算及超设置方法(1)外轨超计算道曲线超按以下公计算6结语低速磁浮通系统是种新兴的市轨道交通系统,线路应性强环保乘坐舒适,我已在核心技术方实现重大破,有独立自知识产权,可实现工程产化,具有十分广阔的应用前景,北京深圳已开展关工程的期工作。道结构设计以理论研究为基础,借鉴日本运营线路程经验,总结分析国内各试验线数年来试验情况,形成了应的设计则术标准和阶段主要设计内容唐山试验线的实践表明,轨道结构设计能满足中低速磁浮轨道交通工程的整体需求,是安全可靠的。年来,笔者参与了唐山中低速磁浮试验的工程设计中低速磁浮设计暂行规范编制北京控股磁悬浮技发展有限公司企业规范)中低速磁浮线路工程优设计和测试研究国十一五课中低速磁悬交通技术及工程化应用研究之子课题,2009年完成,2010年3月通过验收)等工作,负责其中轨道系统分本文结了笔者与上述各中低速磁浮有关作的经验,对于轨道系统的构成及设计要点进行了要的分析,可为似工程提参考。参考献:2DVch=1296gR式中 h超高值,m;D轨距,m;Vc列车通过度,m/;g重力加速度,981m/2;R曲线半径,。(2)外轨超最大允许值大超高值根据行车度辆性能轨道结构稳定和乘客舒适度确定的现阶段,外轨超高最大允许主要由车悬浮起落能限制。车在曲线线路停车时,如高值设置大,车辆转架上电磁铁与导轨磁极间磁力偏离垂向过多,列车无法浮起。据现阶段车辆性能要求,唐山试