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篇(1)

關(guān)鍵詞：列車牽引計(jì)算；城市軌道交通；教學(xué)改革；

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（b）-0000-00

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，尤其是部分特大城市線路網(wǎng)絡(luò)化特征凸顯，截至2015年底（以上海市為例）已開通運(yùn)營14條線、366座車站（換乘站51座，其中四線換乘的大型樞紐1座），運(yùn)營里程達(dá)到617公里（含磁浮線）。軌道交通在緩解交通擁擠、節(jié)約人們出行時(shí)間、提高乘客出行可靠性等方面起到了顯著的作用。與此同時(shí)，軌道交通列車運(yùn)行過程的精確描述作為行車的基礎(chǔ)知識(shí)，對于相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說無疑具有非常重要的地位。《列車牽引計(jì)算》這門課，相比于傳統(tǒng)鐵路機(jī)車、車輛的組成模式，城市軌道交通相關(guān)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)更注重動(dòng)車組相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，在城市軌道交通大發(fā)展的背景下，如何有效實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目標(biāo)、提高教學(xué)質(zhì)量具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

列車牽引計(jì)算課程是傳統(tǒng)鐵路院校中鐵路運(yùn)輸專業(yè)的非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。北京交通大學(xué)楊肇夏教授主持教育部教改項(xiàng)目，組織了國內(nèi)多所院校和研究機(jī)構(gòu)編寫了《列車運(yùn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)》精品課程；西南交通大學(xué)彭其淵教授主持課程建設(shè)項(xiàng)目并編寫了《城市軌道交通列車牽引計(jì)算》精品課程，填補(bǔ)了該課程在國內(nèi)高校課程建設(shè)中的空白。隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，列車牽引計(jì)算課程也隨即成為各高校城市軌道交通專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，本文結(jié)合上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)實(shí)際，通過課程介紹，分析課程授課中存在的問題，結(jié)合當(dāng)前教學(xué)改革方法，探索適合本課程的教學(xué)模式，并在授課中予以實(shí)踐。

1 列車牽引計(jì)算課程概況

本課程授課對象為城市軌道交通運(yùn)營管理專業(yè)本科生，是該專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握列車牽引計(jì)算的基本原理和計(jì)算方法，將仿真模型的求解與實(shí)際問題結(jié)合，具備正確判斷與決策的能力，為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。課程具體內(nèi)容包括列車牽引力的特性、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和取值規(guī)定，列車阻力和附加阻力的計(jì)算與取值方法，列車制動(dòng)力的產(chǎn)生、限制及計(jì)算方法，列車合力曲線、運(yùn)動(dòng)方程及時(shí)分解算，列車制動(dòng)問題解算，列車運(yùn)行能耗計(jì)算及節(jié)能技術(shù)，牽引質(zhì)量及定數(shù)的確定，城軌與高速列車運(yùn)行計(jì)算等內(nèi)容。

本課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生從根本上掌握列車牽引力、列車運(yùn)行阻力以及列車制動(dòng)力等相關(guān)原理和知識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生繪制速度時(shí)分曲線圖的能力；培養(yǎng)學(xué)生深入理解列車能耗與牽引質(zhì)量計(jì)算的基本原理和方法。同時(shí)，在掌握相關(guān)力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生使用模擬列車運(yùn)行過程的能力，使學(xué)生掌握列車運(yùn)行策略設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和邏輯關(guān)系，鍛煉學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力，發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛能。另外，對于部分學(xué)有余力的同學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融合的能力，通過安排學(xué)生的實(shí)際操作，加強(qiáng)對列車牽引計(jì)算基本原理的理解，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

2 列車牽引計(jì)算課程教學(xué)改革的主要內(nèi)容

單純讓學(xué)生從理論的角度去理解列車牽引、惰性以及制動(dòng)的整個(gè)過程，存在很多的問題。比如：概念不清，無法準(zhǔn)確理解和掌握。由于學(xué)生未實(shí)際觀察、體驗(yàn)過列車的加速、勻速以及減速等實(shí)際過程，所以將各子系統(tǒng)串聯(lián)起來學(xué)習(xí)的難度較大。因此，本文針對以上這些問題，探索出以下幾點(diǎn)建議和方法：

2.1 全面理解列車的運(yùn)行過程

該課程理論較多，抽象性較強(qiáng)。列車在運(yùn)行過程中受到的縱向、橫向以及豎向的力，通過將整個(gè)受力過程劃分為若干個(gè)單元，并針對每一類受力進(jìn)行詳細(xì)分析，容易讓學(xué)生理解和接收。從而，可以有效提高該門課的教學(xué)質(zhì)量和水平。

2.2 充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本課程要求學(xué)生具有一定的物理知識(shí)儲(chǔ)備，尤其是在對粘著系數(shù)、抱死、空轉(zhuǎn)等概念進(jìn)行講解時(shí)需結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，全方位理解車輪與鋼軌之間的作用力、反作用力及其兩者之間的關(guān)系。應(yīng)充分利用相關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備，幫助學(xué)生直觀地了解較難理解的力學(xué)現(xiàn)象，增加教學(xué)效果。

2.3 結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件強(qiáng)化學(xué)生的理解

本課程可以借助計(jì)算機(jī)仿真的方法使同學(xué)們更加全面、深刻、準(zhǔn)確地理解列車運(yùn)行過程中的受力變化。有利于幫助學(xué)生理解在不同策略條件下（最經(jīng)濟(jì)策略、最快速策略等）列車牽引、制動(dòng)、惰性等工況之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。同時(shí)，在鋪畫列車運(yùn)行圖的過程中，幫助學(xué)生理解相關(guān)折返時(shí)間、區(qū)間運(yùn)行時(shí)分、停站時(shí)分等基本參數(shù)與本課程的聯(lián)系。

2.4 結(jié)合實(shí)際案例加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的掌握

結(jié)合實(shí)際中遇到的案例（例如：列車救援、列車折返等），培養(yǎng)學(xué)生模擬、設(shè)計(jì)列車運(yùn)行過程的能力，使學(xué)生掌握列車運(yùn)行策略設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和邏輯關(guān)系，鍛煉學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力，發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛能。

2.5 教學(xué)需體現(xiàn)時(shí)代特征

隨著客運(yùn)專線、城市軌道交通以及有軌電車等多種交通方式的不斷發(fā)展，《列車牽引計(jì)算》這門課的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)有所突出。特別是針對城市軌道交通相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，應(yīng)著重講授一些動(dòng)車組列車的牽引、制動(dòng)等特征，以區(qū)別于傳統(tǒng)鐵路中著重牽引質(zhì)量、機(jī)車車輛分開計(jì)算等特點(diǎn)。同時(shí)，在教學(xué)中需更新教學(xué)理念，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)空間、深化對最新發(fā)展趨勢的了解，從而彌補(bǔ)現(xiàn)行教材更新慢的不足。

2.6 考核方式需多元化

多元化的考核方式是教學(xué)改革的目標(biāo)，大學(xué)不僅僅以考試分?jǐn)?shù)為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)重要目標(biāo)。目前，大部分院校均以期末考試的卷面成績作為主要的考核方法。筆者建議采用現(xiàn)場實(shí)踐、分析、設(shè)計(jì)能力以及知識(shí)點(diǎn)掌握情況并重的考核方式。通過相關(guān)議題的討論、實(shí)際案例的分析以及相關(guān)的實(shí)際操作等途徑確定最終的成績。同時(shí)，需將學(xué)生的疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，形成規(guī)范化的反饋機(jī)制，督促教師在課堂上改進(jìn)相關(guān)的教學(xué)方法和重點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)。

3總結(jié)

《列車牽引計(jì)算》作為一門城市軌道交通運(yùn)營管理的專業(yè)課，內(nèi)容復(fù)雜，其范圍包括眾多車輛結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸策略以及供電、內(nèi)燃機(jī)等基礎(chǔ)知識(shí)。因此，為了提升該課程的教學(xué)質(zhì)量，作者提出了一些針對本課程的教學(xué)方法和主要的參考意見。以期達(dá)到增加教學(xué)效果、提升學(xué)生對本課程的理解、掌握的能力。

4. 參考文獻(xiàn)：

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篇(2)

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電車、脹軌故障、故障原因、解決措施

中圖分類號(hào)：C913 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

天津開發(fā)區(qū)新交通現(xiàn)代導(dǎo)軌電車線路（以下簡稱“現(xiàn)代電車”）是亞洲第一條引入法國勞爾導(dǎo)軌電車的軌道交通線路。該線始建于于2006年4月，當(dāng)年12月竣工投入使用，使用至今已達(dá)8年時(shí)間。現(xiàn)代電車線路為雙線線路，全長約15.7公里。該線路系統(tǒng)采用28cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為主要承載道床，使用C40混凝土澆筑。該線路采取的是在混凝土道路承載電車膠輪走形，單根鋼軌導(dǎo)向的運(yùn)行方式。隨著運(yùn)營年限的增長，現(xiàn)代電車線路各主要設(shè)備開始出現(xiàn)故障情況，其中尤以脹軌故障為最。本文將就脹軌故障的發(fā)展情況、發(fā)生原因以及解決措施等作詳細(xì)敘述。

圖1 天津現(xiàn)代現(xiàn)車示意圖

一、現(xiàn)代電車正線脹軌故障概述

天津新交通現(xiàn)代電車線路采用的鋼軌敷設(shè)工藝是，在澆注好的混凝土板塊上反開承軌槽，將導(dǎo)向軌撥入承軌槽，固定位置后，澆注樹脂進(jìn)行加固。導(dǎo)向軌采用12m/根、28kg/m的特制鋼軌進(jìn)行焊接，現(xiàn)代電車全線鋼軌除線路中部岔區(qū)外，全部實(shí)現(xiàn)無縫焊接。導(dǎo)向軌軌腰以下全部埋入樹脂，現(xiàn)代電車線路中的樹脂系統(tǒng)起到普通鐵路線路中扣件的作用，對導(dǎo)向軌進(jìn)行加固。

圖2 板塊示意圖

此種施工工藝是在中方引入勞爾電車系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)引進(jìn)的法國技術(shù)。根據(jù)這種要求施工完成后，現(xiàn)代電車線路中的導(dǎo)向軌將全部固定在樹脂中。根據(jù)法方說明，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命的30年中，導(dǎo)向軌系統(tǒng)將不會(huì)產(chǎn)生偏移、爬行和大規(guī)模的形變。

現(xiàn)代電車線路投入使用初期，導(dǎo)向軌系統(tǒng)表現(xiàn)正常，確實(shí)未出現(xiàn)較為明顯的偏移和爬行現(xiàn)象。但隨著使用年限的增長，導(dǎo)向軌系統(tǒng)也處現(xiàn)了各種故障。由于導(dǎo)向軌爬行而引起的樹脂撕裂、夏季高溫環(huán)境下的鋼軌脹起現(xiàn)象開始逐漸發(fā)生，并且不斷發(fā)展。從2011年開始，導(dǎo)向軌系統(tǒng)開始出現(xiàn)了脹軌故障。

在脹軌故障產(chǎn)生的早期，僅表現(xiàn)在正線導(dǎo)向軌在某一點(diǎn)發(fā)生毫米級(jí)的起脹，這種故障起脹高度小，并沒有伴隨周圍樹脂和路面的破壞，電車駛過時(shí)有微小顛簸或無顛簸感。由于此故障危害程度小，且當(dāng)時(shí)沒有適合的維修方法，故新交通運(yùn)營部路軌專業(yè)并未做進(jìn)一步的處理，而是對這種故障點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)密的記錄和觀察。隨著線路狀況的不斷發(fā)展，導(dǎo)向軌系統(tǒng)從2011年起開始出現(xiàn)大規(guī)模的嚴(yán)重脹軌，根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，此類脹軌故障中，鋼軌一般發(fā)生20cm―50cm高度的脹起，破損導(dǎo)向軌長度在10m左右，伴隨有同等長度的樹脂破損，嚴(yán)重的還伴隨有當(dāng)?shù)鼗炷涟鍓K的大規(guī)模破損。

圖3 脹軌示意圖

這種嚴(yán)重的脹軌故障通常會(huì)造成現(xiàn)代電車正常運(yùn)營被迫中斷數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天時(shí)間，已經(jīng)非常嚴(yán)重的影響了現(xiàn)代電車系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對乘客的安全乘坐造成了較大的安全隱患。

二、脹軌原因分析

2.1 脹軌故障統(tǒng)計(jì)

為了能夠客觀、正確的分析出脹軌發(fā)生的原因，我們首先對近幾年來發(fā)生的脹軌故障做了統(tǒng)一整理和比對，形成以下表格：

表2-1

結(jié)合上述資料，技術(shù)人員分析出這些脹軌故障的發(fā)生有如下共同規(guī)律：

1、發(fā)生時(shí)間：脹軌均發(fā)生在天津地區(qū)全年氣溫最高的夏季（6、7、8月份），多發(fā)生在全天氣溫最高的14：00-15：30時(shí)間段；且存在故障發(fā)生日期晨間溫度與午間溫度溫差較大的現(xiàn)象。

2、發(fā)生位置：多發(fā)生在路面混凝土板塊垂向貫穿縫（脹縫、板塊裂縫）部位。

3、伴隨現(xiàn)象：多伴隨有相應(yīng)區(qū)域混凝土板塊擠壓脹碎現(xiàn)象（7次記錄中有6次出現(xiàn)該現(xiàn)象）；脹軌時(shí)導(dǎo)向軌向上拱起；導(dǎo)向軌底部樹脂平整、兩側(cè)整齊撕裂。

2.2 脹軌原因分析

根據(jù)前述規(guī)律，初步認(rèn)為脹軌發(fā)生的原因如下：

1、外因：高溫天氣、早晚溫差大；

2、內(nèi)因：導(dǎo)向軌垂向有效性約束不夠。

導(dǎo)致導(dǎo)向軌垂向有效性約束不夠的因素較多，主要如下：

（1）伸縮縫分布不合理

根據(jù)對現(xiàn)代電車線路的設(shè)計(jì)竣工資料以及實(shí)際路況的調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)新交通現(xiàn)代電車線路在設(shè)計(jì)建設(shè)初期并沒有根據(jù)明確的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置伸縮縫。國家道路交通相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范并沒有關(guān)于道路伸縮縫設(shè)置間隔的具體規(guī)定[1]；現(xiàn)有脹縫設(shè)置主要靠施工縫的設(shè)置完成，原施工縫約350―500米一處。這致使現(xiàn)代電車線路的現(xiàn)有伸縮縫分布極不合理，往往僅在路口位置以5―10米的間距布置2―3條伸縮縫，而兩個(gè)車站之間超過500米的距離沒有設(shè)置任何伸縮縫，這就導(dǎo)致了現(xiàn)代電車線路混凝土板塊內(nèi)部溫度應(yīng)力在隨溫度增大的情況下無法得到良好的傳遞和疏導(dǎo)，致使在某一處的溫度應(yīng)力增大到超過混凝土板塊的承受上限時(shí)，在板塊薄弱區(qū)域――伸縮縫處集中爆發(fā)，造成了混凝土板塊翹起，帶動(dòng)導(dǎo)向軌脹起。

（2）脹縫實(shí)際結(jié)構(gòu)不合理

根據(jù)現(xiàn)代電車運(yùn)營管理部門2010年對全線路面接縫的普查、分析報(bào)告[2]，脹縫處傳力桿無套筒（即兩混凝土板剛性連接）、脹縫寬度不足（設(shè)計(jì)為20mm，實(shí)際在10～15mm，運(yùn)營建議30～40mm）、脹縫填充材料彈性不足、路面混凝土板上層配筋減少等因素，大大削弱了脹縫的釋放溫度力及變形功能，從而導(dǎo)致混凝土板間擠壓，在車輛持續(xù)碾壓下，加速了縫兩邊混凝土板的破裂、相對上拱，最終加劇了導(dǎo)向軌、填充樹脂、混凝土基槽三者間的約束失效。

（3）導(dǎo)向軌局部不均勻伸縮產(chǎn)生溫度應(yīng)力峰

脹縫分布不均勻、路面板縱向阻力不均，易引起導(dǎo)向軌的局部異常伸縮，相對壓縮變形增加附近壓力，相當(dāng)于降低了鎖定軌溫，高溫時(shí)使導(dǎo)向軌局部壓力增大，形成應(yīng)力峰，容易引起脹軌。

（4）環(huán)氧樹脂約束系統(tǒng)自身穩(wěn)定性不足

脹軌時(shí)，對應(yīng)區(qū)域的環(huán)氧樹脂普遍出現(xiàn)老化和開裂現(xiàn)象，無法提供足夠的鎖固力保持導(dǎo)向軌的垂向穩(wěn)定性。

另外，在導(dǎo)向軌軌底上方設(shè)置有三角泡沫，該處的環(huán)氧樹脂厚度不足1cm，加之樹脂老化，也使得環(huán)氧樹脂的鎖固力大大降低。

三、解決措施

通過對上述線路脹軌故障原因的分析，導(dǎo)向軌脹軌故障的原因在于道路板塊。由于新交通現(xiàn)代電車線路伸縮縫數(shù)量過少，在夏季高溫條件下，混凝土板塊內(nèi)部應(yīng)力開始大量集中且無法正常釋放，就會(huì)在道路表面薄弱（通常在伸縮縫區(qū)域）的地點(diǎn)爆發(fā)，形成路面頂脹破損。如果這種頂脹破損進(jìn)一步發(fā)展加劇或者道路內(nèi)部應(yīng)力過于集中的話，就會(huì)引起脹軌故障，直接威脅行車安全。所以，如果要解決正線鋼軌脹軌問題，應(yīng)首要解決混凝土板塊伸縮縫分布問題。

天津現(xiàn)代電車運(yùn)營部門在制定2013年治理脹軌故障的改造計(jì)劃時(shí)，重點(diǎn)指出了將采取以下兩種解決措施：

1、通過合理設(shè)置伸縮縫，緩解線路板塊內(nèi)部應(yīng)力，使其盡量均勻的分布與釋放，以消除引發(fā)伸縮縫病害和鋼軌脹軌病害的主要原因；

2、針對樹脂性能下降的問題，通過設(shè)置卯固扣件，加強(qiáng)對鋼軌的鎖固作用。

在緩解板塊內(nèi)部應(yīng)力方面，計(jì)劃通過伸縮縫維修、改造計(jì)劃，在正線以100―150米為間距設(shè)置貫穿板塊的伸縮縫。在線路改造實(shí)施以前，正線共計(jì)有真縫60條，平均縫間距為261米。2013―2015年，計(jì)劃進(jìn)行約60條新伸縮縫的開縫工作，使全線伸縮縫的平均間距縮小至200米以內(nèi)。

在進(jìn)行鋼軌加固方面，計(jì)劃在樹脂破損較大處和脹軌可能性較大地段，以1m為間距安裝卯固扣件（見下圖）。結(jié)合對加裝扣件的力學(xué)理論計(jì)算以及相應(yīng)設(shè)計(jì)，可保證有效的提高對導(dǎo)向軌的垂向鎖固力。

圖4 錨固扣件示意圖

四、工程改造效果

濱海快速現(xiàn)代電車運(yùn)營部門自2013年啟動(dòng)了針對現(xiàn)代電車線路脹軌故障的正線線路綜合治理項(xiàng)目。該治理項(xiàng)目共計(jì)分為兩期實(shí)施，時(shí)間跨度2013――2015年，改造治理范圍包含新交通現(xiàn)代電車線路全線。

結(jié)束語

該一期項(xiàng)目完工后，新交通現(xiàn)代電車線路南半環(huán)在整個(gè)2013年夏季均未發(fā)生嚴(yán)重的脹軌故障，往年已發(fā)生脹軌的幾處高危地點(diǎn)皆表現(xiàn)正常。這證明了綜合治理項(xiàng)目已經(jīng)初步取得了良好的效果，起到了改善混凝土板塊應(yīng)力分布狀況，有效防治脹軌故障的作用。

參考資料：