孫先鋒，薄海青

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

1 概述

中低速磁懸浮列車是一種采用電磁懸浮、導向和驅(qū)動系統(tǒng)的列車。它爬坡能力強、能耗低、運行噪聲小、安全舒適、污染少，并且主要采用高架方式，占用耕地少［1］。由于列車在牽引運行時與軌道之間無機械接觸，從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪軌粘著限制，消除了機械噪聲、輪軌滾動噪聲，無機械磨損和相應(yīng)的維護成本，為適應(yīng)城市軌道交通的需要，走行機構(gòu)可以通過半徑100 m以下的曲線。所以，作為傳統(tǒng)地鐵的一種補充，中低速磁懸浮列車有望成為一種低噪聲、中小運量的理想的城市公共交通工具。

2 車輛輪廓

在進行實際工程的限界設(shè)計時，車輛輪廓是制定各種限界的基礎(chǔ)，本文所研究的磁懸浮車輛參數(shù)如下。

2.1 車輛主要參數(shù)

車體長度:頭車15 000 mm，中間車14 000 mm車體寬度:3 000 mm

車體頂部距軌面高度:3 844 mm軌距:2 000 mm

等效車輛定距:8 210 mm地板面高度:997 mm

2.2 車輛輪廓坐標(表1)

3 車輛限界

3.1 車輛限界需考慮的因素［2～4］

(1)車輛的制造誤差;

表1 車輛輪廓坐標值mm

(2)車輛的維修限度;

(3)懸浮架相對于軌道的最不利運行位置;

(4)懸浮架偏移引起的車體橫向和豎向位移;

(5)車輛的空重車撓度及豎向位移;

(6)因車輛制造、載荷不對稱等引起的偏斜;

(7)車體相對于軌道線路的最不利傾斜位置;

(8)軌道的垂向和橫向幾何偏差;

(9)車輛停站與運行時的豎向位移變化;

(10)最大側(cè)風引起的車體傾斜。

3.2 車輛限界坐標［2］

以《地鐵限界標準》(CJJ96—2003)為依據(jù)并結(jié)合磁懸浮車輛的特點進行磁懸浮車輛限界的分析與計算，適當圓整后的車輛限界坐標值如表2所示。

表2 車輛限界坐標值mm

4 設(shè)備限界

磁懸浮的特點主要有:(1)依靠電磁力承載。懸浮架與軌排之間有一定的懸浮間隙，區(qū)別于傳統(tǒng)輪軌車的接觸式承載;(2)依靠懸浮力分力導向。用磁極與磁鐵錯位時，懸浮電磁鐵產(chǎn)生的懸浮力橫向分量來導向，區(qū)別于傳統(tǒng)輪軌車的接觸式導向。

磁懸浮車輛的承載及導向原理與傳統(tǒng)輪軌地鐵車完全不同，在制定設(shè)備限界時不能完全按照地鐵限界標準制定，特別是曲線地段設(shè)備限界加寬公式需重新按磁懸浮車輛轉(zhuǎn)彎特點核算。由于目前沒有專門制定磁懸浮設(shè)備限界的標準和規(guī)范，本文所敘述的關(guān)于設(shè)備限界的制定均是在參考了輪軌地鐵車限界制定的規(guī)范和標準，并結(jié)合磁懸浮特點深入研究所得的結(jié)果。

4.1 直線地段設(shè)備限界［2，4，6］

直線地段設(shè)備限界與車輛限界之間應(yīng)留安全間隙，需要考慮的是車體肩部橫向間隙、車體肩部垂向間隙、車體下邊梁橫向間隙、車體下邊梁向下間隙、車體頂部向上間隙(含豎曲線偏移量)。該安全間隙主要考慮車輛限界中未考慮的空簧漏氣、過充等其他非正常原因引起的車輛額外偏斜。

《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2003)和《地鐵限界標準》(CJJ96—2003)均要求輪軌車直線地段設(shè)備限界與車輛限界之間留有安全間隙，車體肩部橫向間距應(yīng)為100 mm，邊梁下端橫向向外擴大30 mm，車體豎向加高60 mm，車體下邊梁向下間距應(yīng)為50 mm，車頂與車體肩部的過渡線應(yīng)相距60～100 mm。

由于輪軌車與磁懸浮車輛在設(shè)備限界與車輛限界之間留有安全間隙的考慮因素基本一致，所以在直線地段設(shè)備限界的設(shè)計上可以參照地鐵規(guī)范和標準。具體的設(shè)計取值是:在車輛限界的基礎(chǔ)上車頂0'點向上擴大60 mm，車體肩部7'點向外擴大100 mm，0'點到7'點之間的過渡線外擴60～100 mm漸變;7'點到9'點的車體肩部均向外擴大100 mm;車體下邊梁19'點向外向下分別擴大30 mm，9'點到19'點的過渡線外擴100～30 mm漸變。

經(jīng)適當圓整后所得直線地段設(shè)備限界坐標值如表3所示。

表3 直線地段設(shè)備限界坐標值mm

4.2 曲線地段設(shè)備限界［1，2，5，6］

4.2.1 考慮因素

曲線地段設(shè)備限界的加高加寬要考慮以下兩點:

(1)車體的最大外側(cè)偏移量發(fā)生在車體的兩端，最大內(nèi)側(cè)偏移量發(fā)生在車輛的中間位置;

(2)過超高或欠超高引起的設(shè)備限界加高或加寬。

4.2.2 計算公式

根據(jù)磁懸浮車輛特性，按照幾何關(guān)系得到曲線地段設(shè)備限界加寬公式為曲線外側(cè):

曲線內(nèi)側(cè):

式中 a——車輛定距，mm;

d——車體最外端與同側(cè)轉(zhuǎn)心距離，mm;

R——線路水平曲線半徑，mm;

Ta——車體在水平曲線外側(cè)最大偏移量，mm;

Ti——車體在水平曲線內(nèi)側(cè)最大偏移量，mm。

4.2.3 計算結(jié)果

依據(jù)上述公式對車體長度較大的頭車進行加寬計算，結(jié)果如表4所示。

4.2.4 工程應(yīng)用值

在工程設(shè)計中，為保證安全，加寬值小于50 mm時均取50 mm，經(jīng)圓整后工程實際應(yīng)用的曲線地段設(shè)備限界加寬值可取表5中數(shù)值。

表4 頭車曲線地段設(shè)備限界加寬

表5 頭車曲線設(shè)備限界加寬工程應(yīng)用值

《地鐵限界標準》第111頁條文說明中闡述如下:由于以上參數(shù)在曲線外側(cè)和曲線內(nèi)側(cè)的數(shù)值都不一樣，因此設(shè)備限界在曲線地段總的加寬量在曲線外側(cè)和曲線內(nèi)側(cè)也不相同，這樣造成一個左右非對稱的曲線設(shè)備限界。本標準考慮設(shè)備限界左右對稱，可取內(nèi)側(cè)加寬量和外側(cè)加寬量中較大值。

按照上述原則，目前國內(nèi)地鐵車輛限界均將曲線地段設(shè)備限界做成左右對稱式。這是由于地鐵車體長，轉(zhuǎn)彎半徑大，實際工程投資浪費不大。但磁懸浮車輛的一大特點就是轉(zhuǎn)彎半徑小，如若也全部做成左右對稱式對工程投資浪費較大?；诖耍P者認為在磁懸浮曲線地段設(shè)備限界設(shè)計時，曲線半徑≤100 m時可按表5中實際數(shù)值進行加寬，曲線半徑≥200 m時可按外側(cè)加寬值做成左右對稱式。

4.2.5 200 m曲線半徑曲線地段設(shè)備限界坐標值

以工程中常見的200 m曲線半徑為例，其圓整后的曲線設(shè)備限界坐標值如表6所示。

5 附圖

車輛輪廓、車輛限界和設(shè)備限界(包括直線地段設(shè)備限界和200 m曲線地段設(shè)備限界)如圖1所示。

圖1 車輛輪廓、車輛限界和設(shè)備限界

6 結(jié)論

鑒于目前還沒有針對磁懸浮列車的限界標準和規(guī)范，本文在參考了傳統(tǒng)地鐵車的限界標準和規(guī)范，并結(jié)合磁懸浮列車自身特點，從工程設(shè)計的角度深入研究了制定磁懸浮設(shè)備限界的方法，為今后磁懸浮工程的實施提供了參考。

［1］梁海清.中低速磁浮交通限界研究［D］.成都:西南交通大學，2008.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.CJJ 96—2003 地鐵限界標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］梁海清，陸海英.低速磁浮車輛限界計算探討［J］.內(nèi)燃機車，2008(10).

［4］張斌，潘玲.城軌交通車輛限界和設(shè)備限界計算［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2007(3).

［5］倪昌.曲線地段設(shè)備限界的計算原理［J］.都市快軌交通，2004(4).

［6］北京城建設(shè)計研究總院.GB 50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.