PAGE13地鐵折返能力優化模型及求解計算目錄TOC\o"1-3"\h\u16530地鐵折返能力優化模型及求解計算 1247641.1模型建立 1238241.1.1假設條件 1239501.1.2模型建立 161031.2模型求解 284811.2.1牽引制動時間和距離的確定 2231751.2.3計算及程序設計 2300691.3西安地鐵1號線折返能力優化 4149681.3.1道岔對一號線折返能力的影響分析及優化 4103611.3.2進站速度對一號線折返能力的影響分析及優化 6276591.3.3折返走行長度對一號線折返能力的影響分析及優化 7272731.3.4牽引制動性能對折返能力的影響及優化 8321611.4折返能力優化極值求解及結果分析 91.1模型建立1.1.1假設條件①設備和信號系統的主要原因是信號響應時間、開關的切換、開關的鎖定解除，鎖定時間是所有的固定值，采用了相同的信號系統和運行模式②列車出站時，折返是軌道電路③通過車站的速度限制點時，會使用速度限制值④不考慮列車阻力對折返能力的影響⑤道岔安全防護距離足夠長。1.1.2模型建立根據以上假設條件，可以建立以下模型：為列車折返間隔最小值，為列車折返時間間隔，為列車進站速度值，，進站速度取值的上下限，可以根據列車旅行速度來確定，為道岔限速，為道岔限速的取值上下限，可以根據實際中可能可以達到的上下限進行取值。然為停站時間，為停站時間的上下限，可以根據車站可能取值取上下限。為單機牽引力，為單機制動力，為線間距。為牽引或制動距離，為牽引或制動時間，它們都是列車運行速度的函數。1.2模型求解1.2.1牽引制動時間和距離的確定I為牽引或制動距離，t，為牽引或制動時間，它們都是列車運行速度v及牽引制動力F、B的函數，可根據第三章中牽引計算提取數值。1.2.2V1、V2、V3、V4、M1、M2的確定V1、V2進站速度取值的上下限，可以根據列車旅行速度來確定，V3、V4為道岔限速的取值上下限，可以根據實際中可能可以達到的上下限進行取值。M1、M2為停站時間的上下限，可以根據車站可能取值取上下限。1.2.3計算及程序設計1）因子變化時的折返能力的計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計算軟件，計算在輸入速度，停止時間，切換速度限制，線間隔，單機械牽引力，單機械制動力等單一因素變化下的折返能力，并繪制影響趨勢曲線。2）最小折返時間間隔的計算在某個入口速度、停止時間和開關速度極限下的返回時間間隔的最小值，即計算返回能力的最大值。反轉功能的極值由MATLAB解決。3）程序安裝圖4-1示出了根據上述模型和計算條件的MATLAB計算程序的設計過程YY否Y取速度間隔設定V的取值范圍用插值法計算牽引力及制動力定義各參數含義帶入列車運動方程代入牽引、制動時間與距離計算折返能力計算各變量下，折返時間間隔求Tmin計算最大折返能力迭代計算設定單因素變化范圍及其他變量取值定義折返時間間隔組成的時間設定T，V岔，Vmaxt停站，F，B，變化范圍設定T，V岔，Vmaxt停站，F，B，變化范圍與牽引計算軟件計算值比較，使誤差盡量在百分之十內輸入車站線路參數及固定時間參數定義折返間隔與各參數的關系函數得出牽引、制動距離與時間對每個速度間隔內的時間及距離求和求出內的值及日本標準列車阻力公式列車阻力方程列車軸重、定員、單個乘客重量

1.3西安地鐵1號線折返能力優化一號線折返能力站所需折返能力遠期為30對h，從折返能力計算結果中，按照所選取的進站速度、停站時間、道岔限速，以及選用DKZ4型車型，固定設備時間選取均按西安地鐵平均水平取值，一號線折返能力可以滿足線路折返能力要求，本章對進站速度、停站時間，列車參數取值可能非實際運營數據，可能偏大。隨著遠期快慢車運行以及客流增長，折返能力很可能出現不足的情況，故還須對該站的折返能力進行優化。從車站布置中看出，由于地形條件限制，安全防護距離設在曲線上，長于218m，足夠入線速度要求。本節對一號線折返能力進行優化時，仍然不考慮設備因素，僅從可調因素，進站速度、停站時間以及道岔限速進行優化分析。1號線的折返能力站需要長期的折回能力是30對時間。根據折返能力的計算結果，根據所選擇的進入速度、停止時間、折返速度限制、DKZ4型車輛類型，根據西安地鐵的平均等級選擇固定裝置時間。1號線的折返能力可以滿足線路返回能力的要求，并且列車參數的值可能太大，而不是實際操作數據。隨著高速、低速列車的長期運行和旅客流動的增加，折返能力不足，需要優化車站的再生能力。由于地形的限制，在足以達到線進速度的218m以上的曲線上設定了安全保護距離。在本節中，在優化1號線的折返能力的情況下，還沒有考慮設備因子，只從可調整優化分析的因素、入口速度、停止時間以及折返速度限制來執行優化分析。1.3.1道岔對一號線折返能力的影響分析及優化五路居折返站站前采用了12號道岔，根據計算的折返能力結果，折返能力已經滿足線路所需折返能力要求了。但道岔限速對于一號線折返能力的影響程度如何，采用12號道岔是否合理。若進行12號道岔改造，對折返能力的優化效果是怎樣。這是本節要分析的問題。12號道岔的轉身是在五路居折返站前使用的。根據計算出的折返能力，折返能力符合線路所需的折返能力。但是，1號線的折返能力受到折返速度限制的影響，如果再構筑12號道岔，對折返能力有優化效果。這是本節分析的問題。（1）不同道岔限速下折返能力計算表道岔限速取20km/h-60km/h，進站速度取50km/h，停站時間取30s，計算得五居路站不同道岔限速下，道岔限速與折返能力關系曲線如圖（4-2）~（4-3）：圖4-2單股道折返道岔限速與折返能力關系圖圖4-3單股道折返道岔限速與折返能力關系圖（3）基于道岔限速的折返能力優化分析從圖（4-2）~（4-3）中，道岔限速對雙股道折返的影響效果高于單股道折返。對于這樣的車站布局，如果想從折返的觀點來優化折返能力的話，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/h，得到明顯的優化效果。1號線的折返能力滿足當前線的要求，但余量不足，只能以特定的入口速度滿足。因此，需要優化。它還必須考慮到舒適性和磨損要求，因為它可以考慮從改革的角度考慮，以增加彎曲半徑為中心的橫向交叉速度。采用12號道岔，雙股道折返折返能力達到32對/h，剛滿足遠期折返能力的要求，故采用12號道岔是必要的。1.3.2進站速度對一號線折返能力的影響分析及優化在折返能力計算時，選取的進站速度為50km/h，但要優化折返能力，需分析進站速度對折返能力影響趨勢，找出對折返能力最優的進站速度，這是本節要研究的問題。不同進站速度下一號線折返能力計算取進站速度2.5km/h-80km/h，道岔限速45km/h，停站時間30s，下面是不同進站速度下一號線不同進站速度下，進站速度與折返能力關系曲線如圖（4-4）~（4-5）：圖4-4單股道折返進站速度與折返能力關系曲線圖4-5雙股道折返進站速度與折返能力關系曲線（3）基于進站速度的折返能力優化分析從圖4-4開始，單軌折返和雙軌折返的折返能力表示伴隨著站進速度的增加而急劇上升和減速的傾向站入口速度對復線折返能力的影響比單軌折返還高。優化方法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，優化折返能力。為了優化旋回速度，車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，優化轉身能力。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的進入速度為45km/h，回環能力最大可達33對/h。1.3.3折返走行長度對一號線折返能力的影響分析及優化列車的折返長度與折返能力密切相關。電車的長度變長后，折返時間變長，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。折返行駛的長度主要受平臺和線路間隔的長度的影響。站臺的長度由列車編排決定。決定操作計劃后，平臺的長度會固定。因此，基于折返操作對折返能力和優化分析的影響，該區間主要分析線間距的影響。（1）計算結果取V岔=30km/h，Vmax=60km/h，停站時間取40s，站間距從1.2m，變化到16.2m，線間距與折返能力關系曲線如圖（4-6）：圖4-6線間距與折返能力關系圖（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，線間距對折返能力影響較為顯著，對于單股道折返，線間距每增加2m，折返能力減小1對h，對于雙股道折返，線間距每增加1m，折返能力減小1對/h。線間距對雙股道折返的影響程度高于單股道折返。（3）優化分析從影響的趨勢來看，可以看出小的線間距有助于恢復能力。在實習中，主要反映在平臺的選擇上。在側站臺島式站臺中，站臺之間的最小距離為1.2m，島主頁線之間的最小距離為11m20。單軌旋轉采用側平臺，折回能力比島平臺2-4對/h左右。雙軌道旋轉采用側面平臺，折返能力比島平臺高約4～8小時。由于線間距對折返能力的影響，側平臺對折返能力的優化效果明顯。但是，乘客坐在一側的站臺上，然后關斷是不方便的，而且旅客流動組織是混亂的。西安地鐵的折返站位于車站的起始和末端，旅客的流動不是很大。對于設計階段的新站，在原設計不滿足折返能力要求的情況下，通過調整平臺的形狀或變更線路間隔，可以優化折返能力。1.3.4牽引制動性能對折返能力的影響及優化分析車站內外的列車運行有火車牽引和制動兩個條件。制動力和牽引力決定了電車運動的速度。列車行駛狀態頻繁變化，運行時間短。因此，列車的制動和牽引對列車運動有明顯的影響。由于列車牽引制動決定了制動力和牽引力，所以列車性能對車站內外的列車運行有很大影響，然后影響折返時間間隔。西安地鐵的平均啟動加速度在0.83m/s2以下，通常的制動加速度在1.0m/s2以上，緊急制動加速度在1.2m/s2以上，對應的牽引力為180kW，單體牽引力約22kN。在牽引計算算法中，列車的制動性能直接影響列車內外列車的牽引力和制動力。牽引制動加速度大，同一距離的行駛時間短，列車出入時間短，區間內的運行時間縮短，轉彎能力優化。因此，新車站可以利用牽引力高的列車來進行線路運行，可以優化新車站的折回能力。（1）計算結果采用站前雙渡線折返，取進站速度60km/h，道岔限速30km/h，停站時間40s，線間距11m，單機牽引力變化范圍為21.5KN~-20.5KN，單擊制動力變化范圍為22KN~12KN，采用八組電機，則折返能力變化范圍如下：圖4-7牽引制動力與折返能力關系圖（2）影響分析從折返能力的趨勢可以看出，隨著單個機器的牽引力和制動力的減少，折返能力降低。在計算過程中，牽引力為0.5kN，行駛距離之差約5m，牽引時間之差為0.5s，制動距離為2m，制動時間差0.3s，旋轉恢復能力為0.5比/h。牽引力和制動力對單軌和雙軌折返的效果沒有明顯差別。兩者的關系幾乎是直線的。（3）優化分析以牽引力和制動性能為基礎的折返能力優化，可以從兩個方面進行優化。然后，請改善電車的牽引力和制動力，優化折返能力。1.4折返能力優化極值求解及結果分析僅獲得可調節元件的值組合的極值，諸如輸入速度、停止時間、旋轉次數限制，并且參數變化范圍與上述相同。當線間隔為1.2m時，由于折回能力最大，所以在解決了極端之后，該節計算用于1.2m的線間隔的折回能力的極值。MATLAB程序的結果如下所示①單股道折返中，當入口速度為602km/h時，開關速度限制為60km/h，停止時間為20秒，折返能力可達到33小時。然而，現有技術難以達到60kmh的速度極限。在折返的限制速度范圍為20～45km/h時，以站速度60.2km/h、速度限制45km/h、停止時間20s取得最大值，最大值為32小時。報名速度為602km/h時，停止時間為20s，關斷速度限制為45km/h，側平臺，最小線間隔為1.2m，極值為36對。②對于雙軌道折返，在輸入速度為602km/h的情況下，開關速度限制為60km/h，折返能力極值為41對H，折返時間間隔以1-2的間隔被限制。輸出限制速度為20-45km/h，并且車站的速度限制為45km/h的情況下，列車的2/3間隔限制了列車的折返間隔。變速器的速度限制在53km/h以上，無論進入速度如何變化，返回能力的極值也不會改變。但是，在采用側平臺的情況下，線路間的最小距離為1.2m，進入速度為45km/h，折返的速度限制為45km/h，最大值為43小時。從極值的取值參數中可以得出以下結論：（1）對于單股道折返，無論其他參數如何，最大轉回能力僅在站的相同速度點處取。隨著切換速度限制的增加，極端值也會增加停止壓縮時間，極值也會增加。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