高速鐵路進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)方法研究

呂希奎，李永發(fā)，孫培培

(1.石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，石家莊　050043；2.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，石家莊　050043)

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高速鐵路進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)方法研究

呂希奎1，李永發(fā)2，孫培培1

(1.石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，石家莊050043；2.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，石家莊050043)

在線路縱斷面的設(shè)計(jì)中引入節(jié)能坡設(shè)計(jì)理念，對(duì)優(yōu)化線路縱斷面設(shè)計(jì)、降低牽引能耗值和節(jié)省運(yùn)營(yíng)支出具有重要意義。根據(jù)高速鐵路的特點(diǎn)，提出高速鐵路進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算算法，給出計(jì)算流程，確定各影響參數(shù)的約束條件。開(kāi)發(fā)進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)程序模塊，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)化的進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)仿真分析方法，對(duì)車站坡段坡度、車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離、動(dòng)車組編組質(zhì)量、進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)、節(jié)能坡進(jìn)入初始速度5個(gè)主要影響因素進(jìn)行計(jì)算和仿真分析，確定各因素對(duì)進(jìn)站節(jié)能坡的影響程度，為進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

高速鐵路；進(jìn)站節(jié)能坡；設(shè)計(jì)；影響因素；分析與仿真

1　概述

在高速鐵路線路縱斷面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，若引入節(jié)能坡設(shè)計(jì)理念，對(duì)優(yōu)化線路縱斷面設(shè)計(jì)、降低牽引能耗，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本具有重要的應(yīng)用價(jià)值和意義。雖然節(jié)能坡設(shè)計(jì)方法和理念在城市軌道交通中的研究較多[1-10]，但高速鐵路的行車速度、站間距、動(dòng)車類型、線路條件等都與城市軌道交通有著很大的不同，目前還較少對(duì)高速鐵路節(jié)能坡設(shè)計(jì)方法的研究。高速鐵路的節(jié)能坡設(shè)計(jì)包括站間、制動(dòng)進(jìn)站和牽引出站節(jié)能坡設(shè)計(jì)3部分，目前只有文獻(xiàn)[11]研究了高速鐵路站間節(jié)能坡的設(shè)計(jì)方法。論文在已有地鐵節(jié)能坡設(shè)計(jì)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合高速鐵路的特點(diǎn)，研究高速鐵路進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)方法，分析其影響設(shè)計(jì)的主要因素，為高速鐵路進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

2　進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)

2.1節(jié)能坡設(shè)計(jì)分析

從線路縱斷面節(jié)能角度分析，節(jié)能坡設(shè)計(jì)就是合理設(shè)計(jì)節(jié)能坡的長(zhǎng)度和坡度，采用“高站位、低區(qū)間”的設(shè)計(jì)原則，將車站盡可能設(shè)在縱斷面的凸形坡段上[12]，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能牽引能耗的目的。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，最高運(yùn)行速度為80 km/h的地鐵節(jié)能坡坡度為25‰～30‰，而坡長(zhǎng)控制在200～250 m[13，14]，在空間呈“V”形(圖1)。但高速鐵路的運(yùn)行速度、站間距、動(dòng)車類型等都與地鐵有很大的不同，需要根據(jù)高速鐵路最小坡長(zhǎng)、最大坡度等指標(biāo)綜合考慮，作為高速鐵路車站部分節(jié)能坡的設(shè)計(jì)對(duì)象。同時(shí)，高速鐵路的節(jié)能坡設(shè)計(jì)與線路的地質(zhì)情況、列車運(yùn)行特性等都有關(guān)系，因此，對(duì)于大站間距的高速鐵路節(jié)能坡更趨向“W” 形，如圖2所示。

圖1　城市軌道交通“V”字形節(jié)能坡示意

圖2　高速鐵路節(jié)能設(shè)計(jì)組成示意

2.2計(jì)算算法

在動(dòng)車組進(jìn)站方向，通過(guò)節(jié)能坡使動(dòng)車組在前進(jìn)方向獲得一個(gè)正值的坡段阻力，在滿足動(dòng)車組制動(dòng)減速度要求的前提下，減少制動(dòng)力B值，以達(dá)到減少列車能量電阻損耗(不考慮能量再生情況)值，從而達(dá)到進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)耗能的目的[15]。節(jié)能坡的坡段長(zhǎng)度以進(jìn)站制動(dòng)距離為依據(jù)，根據(jù)車站站線長(zhǎng)度、動(dòng)車組制動(dòng)初速、坡段坡度等具體因素設(shè)置合理值。

如圖3所示，設(shè)車站中心與節(jié)能坡變坡點(diǎn)處間的坡段長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，列車在此坡段平均加速度為a1[3]，此坡段坡度取i‰(i>0)，列車制動(dòng)速度為V1，進(jìn)入節(jié)能坡的速度為V2。

圖3　進(jìn)站節(jié)能坡前后坡段及速度示意

其中：V1為進(jìn)站制動(dòng)速度，km/h；L1為車站中心與節(jié)能坡變坡點(diǎn)間的距離，m；V2為進(jìn)入節(jié)能坡的初始速度，km/h；L2為節(jié)能坡長(zhǎng)度，m。

為了保證最大節(jié)能效果，設(shè)以速度V2為進(jìn)入節(jié)能坡，惰性運(yùn)行完節(jié)能坡全長(zhǎng)L2，末速度為V1，根據(jù)V1的不同，可使用部分制動(dòng)力(以節(jié)省能耗)，實(shí)現(xiàn)在L1長(zhǎng)度范圍制動(dòng)進(jìn)站停車。因此，節(jié)能坡的坡度和坡長(zhǎng)與動(dòng)車組種類、車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1、車站所在坡段的坡度值i1、節(jié)能坡坡度值i2、動(dòng)車組編組質(zhì)量M、節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2和進(jìn)站制動(dòng)使用制動(dòng)力的百分比β有關(guān)。

節(jié)能坡計(jì)算算法如下。

(1)根據(jù)動(dòng)車組類型、車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1和進(jìn)站制動(dòng)使用制動(dòng)力的百分比β計(jì)算進(jìn)站制動(dòng)初速度V1，計(jì)算流程如圖4所示。

圖4　進(jìn)站制動(dòng)初速度V1計(jì)算流程

(2)根據(jù)求得的進(jìn)站制動(dòng)初速度V1和節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2，在整個(gè)節(jié)能坡范圍內(nèi)惰性運(yùn)行，根據(jù)給定的節(jié)能坡度i2范圍(5‰～20‰)，可以計(jì)算出在某一節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2的情況下，計(jì)算相應(yīng)的節(jié)能坡坡長(zhǎng)。根據(jù)計(jì)算的節(jié)能坡坡長(zhǎng)和坡度，組合成不同坡坡度和坡長(zhǎng)的節(jié)能坡。

(3)整個(gè)計(jì)算過(guò)程中，V1、L1、L2、i2、V2、M都是可取一定范圍內(nèi)的不同數(shù)值。因此，節(jié)能坡根據(jù)上述參數(shù)不同的取值，會(huì)有多個(gè)不同坡度和坡長(zhǎng)的組合，以適應(yīng)不同的線路的地質(zhì)情況和列車運(yùn)行特性。

各參數(shù)約束條件如下。

①動(dòng)車組質(zhì)量的約束：Mmin≤M≤Mmax，其中，Mmin為動(dòng)車組編組質(zhì)量，Mmax為動(dòng)車組荷載質(zhì)量，t。

②運(yùn)行速度約束：V1≤Vmax，V2≤Vmax，Vmax為動(dòng)車組最高運(yùn)行速度或線路限速，km/h。

③車站站坪坡度約束：0≤i1≤imax_st，其中imax_st為站坪最大坡度，取1.0(‰)。

④進(jìn)站節(jié)能坡度約束：0

⑤進(jìn)站節(jié)能坡長(zhǎng)約束：Lmin≤L2≤Lmax，其中Lmin為最小限制坡長(zhǎng)，Lmax為最大限制坡長(zhǎng)。Lmin取值如下：設(shè)計(jì)行車速度350 km/h，取2 000 m，設(shè)計(jì)行車速度3 00 km/h和250 km/h，取1 200 m。Lmax取值如下：imax=12‰時(shí)，Lmax不受限制；imax=15‰時(shí)，Lmax=9 000 m；imax=20‰時(shí)，Lmax=5 000 m。

節(jié)能坡計(jì)算流程如圖5所示。

圖5　節(jié)能坡計(jì)算流程

2.3進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)程序模塊

根據(jù)進(jìn)站節(jié)能坡坡度和坡長(zhǎng)計(jì)算方法和影響因素，編寫(xiě)了進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)程序，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)和計(jì)算，界面如圖6所示。包括參數(shù)設(shè)置、節(jié)能坡的坡長(zhǎng)最小和最大值設(shè)置以及選擇變區(qū)間的參數(shù)范圍和計(jì)算步長(zhǎng)。其中編組質(zhì)量給定的參考范圍是動(dòng)車組編組質(zhì)量(最小值)和定員荷載質(zhì)量(最大值)，要求輸入的編組總質(zhì)量應(yīng)位于最小和最大值之間。可通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的選擇和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)進(jìn)站節(jié)能坡的設(shè)計(jì)。

圖6　進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)模塊界面

3　進(jìn)站節(jié)能坡影響因素仿真分析

影響進(jìn)站節(jié)能坡的因素主要有車站坡段坡度i1、車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1、動(dòng)車組編組質(zhì)量M、進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)等，下面通過(guò)仿真計(jì)算分析各因素對(duì)進(jìn)站節(jié)能坡的影響程度，為進(jìn)站的節(jié)能坡設(shè)計(jì)提供參考和設(shè)計(jì)依據(jù)。

3.1車站坡段坡度值對(duì)節(jié)能坡的影響

車站所在坡段的坡度值i1主要是通過(guò)影響進(jìn)站速度V1，從而影響到節(jié)能坡的坡度和坡長(zhǎng)。在其他影響因素一定的情況下，以CRH2型動(dòng)車組為例，參數(shù)如下：節(jié)能坡的坡度值i2取10‰～18‰，編組質(zhì)量M=408.5 t；進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)β取0.5；車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1=1 000 m；節(jié)能坡進(jìn)入速度V2=65 km/h。研究車站所在坡段的坡度值i1對(duì)節(jié)能坡的影響，其變化范圍為0～1‰，節(jié)能坡的坡度值i2∈[10，18] (‰)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　節(jié)能坡坡長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果(i1影響)　m

從表1可以得出，對(duì)于不同節(jié)能坡的坡度值i2，坡長(zhǎng)L2都隨著車站坡段坡度值i1的增大而減小。對(duì)于同一節(jié)能坡度值i2，i1對(duì)節(jié)能坡長(zhǎng)L2影響非常小，影響程度遠(yuǎn)小于i2對(duì)L2的影響，總體都在50 m范圍內(nèi)，關(guān)系曲線如圖7所示。

圖7　i1對(duì)節(jié)能坡坡長(zhǎng)的影響關(guān)系

3.2車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離影響

車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1也主要是通過(guò)影響進(jìn)站速度V1，從而影響到節(jié)能坡坡度和坡長(zhǎng)。在其他影響因素一定的情況下，以CRH2為例，各參數(shù)取值如下：M=408.5 t，β=0.5，i1=0，V2=65 km/h，節(jié)能坡坡度值i2∈[10，18] (‰)，研究車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1對(duì)節(jié)能坡的影響。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10621—2014)要求的最小坡段長(zhǎng)度：250 km/h和300 km/h一般地形條件下1 200 m；350 km/h一般地形條件下2 000 m。為了符合規(guī)范要求和計(jì)算方便，L1取值范圍為600～1 500 m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　節(jié)能坡坡長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果(L1影響)　m

從表2可以得出，對(duì)于不同的節(jié)能坡坡度i2，節(jié)能坡坡長(zhǎng)L2都是隨著L1的增大呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡每增加1‰坡度，坡長(zhǎng)平均減小約7%。L1每增加50 m，節(jié)能坡長(zhǎng)平均增加60 m，影響關(guān)系如圖8所示。在同樣比例條件下，可以明顯看到，圖8要比圖7陡的多，說(shuō)明在對(duì)節(jié)能坡影響上，車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1要比車站所在坡段的坡度值i1敏感得多，影響也更大。

圖8　L1對(duì)節(jié)能坡坡度的影響關(guān)系

3.3編組質(zhì)量M對(duì)節(jié)能坡的影響

編組質(zhì)量M對(duì)進(jìn)站初始速度V1和節(jié)能坡段減速度的計(jì)算都產(chǎn)生影響，從而影響到節(jié)能坡坡度和坡長(zhǎng)。在其他影響因素一定的情況下，仍以CRH2為例，各參數(shù)取值如下：β=0.5，i1=0，L1=1 000 m，V2=65 km/h。研究動(dòng)車組編組質(zhì)量M對(duì)節(jié)能坡的影響，其變化范圍為360～408.5 t(編組質(zhì)量和定員荷載，不考慮超員情況)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3(因篇幅只列出部分?jǐn)?shù)據(jù))。

表3　節(jié)能坡坡長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果(M影響)　m

從表3可以得出，對(duì)于同一編組質(zhì)量，節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著坡度的增大呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡每增加1‰坡度，節(jié)能坡長(zhǎng)平均減小180 m ，約減小6%。對(duì)于不同的編組質(zhì)量，節(jié)能坡坡長(zhǎng)都是隨著編組質(zhì)量的增大而呈線性增大，每增加5 t，節(jié)能坡長(zhǎng)平均增加約15 m，增長(zhǎng)幅度隨著節(jié)能坡坡度值i2的增大而減小，影響關(guān)系如圖9所示。

圖9　編組質(zhì)量M對(duì)節(jié)能坡坡長(zhǎng)影響關(guān)系

對(duì)比圖8和圖7可以看出，在相同比例下，圖9要比圖8緩，比圖7陡，說(shuō)明在對(duì)節(jié)能坡影響上編組質(zhì)量對(duì)節(jié)能坡的影響介于車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離L1和i1之間。

3.4進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)β對(duì)節(jié)能坡的影響

進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)β主要是通過(guò)影響進(jìn)站初始速度V1，從而影響到節(jié)能坡坡度和坡長(zhǎng)。以CRH2型動(dòng)車組為例，各參數(shù)取值如下：M=408.5 t，L1=1 000 m，V2=65 km/h，i1=0。為方便計(jì)算，i2取15‰～20‰，研究進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)β對(duì)節(jié)能坡的影響，其取值范圍為0.5～1.0。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　節(jié)能坡坡長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果(β影響)　m

從表4可以得出，對(duì)于不同的進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)β，節(jié)能坡坡長(zhǎng)都是隨著β的增大而呈線性減小。β每增加0.05，節(jié)能坡坡長(zhǎng)平均減小30～40 m，i2越小，節(jié)能坡坡長(zhǎng)減小的幅度越大，影響關(guān)系如圖10所示。此外 ，對(duì)于同一β值，節(jié)能坡坡長(zhǎng)L2隨著節(jié)能坡度i2的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡坡度增大1‰，節(jié)能坡坡長(zhǎng)平均減小5%。

圖10　制動(dòng)力使用系數(shù)β對(duì)節(jié)能坡影響關(guān)系

3.5初始進(jìn)入速度V2對(duì)節(jié)能坡的影響

節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2主要是通過(guò)影響進(jìn)站初始速度V1，從而影響到節(jié)能坡坡度和坡長(zhǎng)。V2越大，若節(jié)能坡坡長(zhǎng)一定，則要求節(jié)能坡坡度越大；反之，若節(jié)能坡坡度一定，則要求節(jié)能坡坡長(zhǎng)越小。在其他影響因素一定的情況下，以CRH5型動(dòng)車組為例，各參數(shù)取值如下：M=500，L1=1 000 m，β=0.5，i1=0。研究節(jié)能坡進(jìn)入速度V2對(duì)節(jié)能坡的影響，其變化范圍為50～150 km/h。設(shè)線路最大坡度為20‰，根據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范，坡長(zhǎng)范圍∈[1 200，5 000]m，因此，計(jì)算的節(jié)能坡長(zhǎng)也應(yīng)位于該范圍內(nèi)。因篇幅限制，只列出了節(jié)能坡坡度值i2取15‰～20‰，坡長(zhǎng)位于規(guī)范內(nèi)的有效數(shù)據(jù)(V2取50～90 km/h的數(shù)據(jù))，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　節(jié)能坡坡長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果(V2影響)　m

從表5中可以得出，節(jié)能坡的坡度值i2不同，節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2所允許的最大值也不同。i2越小，所允許的V2越小。這是因?yàn)閕2越小，惰性運(yùn)行坡度附加阻力也越小，減速度減小，從而導(dǎo)致惰行運(yùn)行完節(jié)能坡后仍具有較高的速度，V2過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致超過(guò)進(jìn)站制動(dòng)初速度V1。

以最大坡長(zhǎng)5 000 m為例：

(1)節(jié)能坡坡度值15‰，最大允許V2約為79 km/h；

(2)節(jié)能坡坡度值16‰，最大允許V2約為81 km/h；

(3)節(jié)能坡坡度值17‰，最大允許V2約為83 km/h；

(4)節(jié)能坡坡度值18‰，最大允許V2約為85 km/h；

(5)節(jié)能坡坡度值19‰，最大允許V2約為87 km/h；

(6)節(jié)能坡坡度值20‰，最大允許V2約為89 km/h。

節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2對(duì)節(jié)能坡影響如圖11所示。

圖11　節(jié)能坡初始進(jìn)入速度V2對(duì)節(jié)能坡影響

從圖11可以看出，在其他參數(shù)一定的情況下，節(jié)能坡坡長(zhǎng)L2隨著V2的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線增大，隨著V2的增大，增長(zhǎng)幅度變小。例如：對(duì)于15‰的節(jié)能坡，V2由50 km/h增加到51 km/h時(shí)，L2增大約6.01%，而由78 km/h增加到79 km/h時(shí)，L2增大約2.90%。對(duì)于同一速度V2，節(jié)能坡長(zhǎng)L2隨著節(jié)能坡度i2的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線減小，隨著i2的增大，增長(zhǎng)幅度變小。例如：對(duì)于15‰的節(jié)能坡，i2由15‰增加到16‰時(shí)，L2增大約5.68%，而19‰增加到20‰時(shí)，L2增大約4.60%。

4　結(jié)論

高速鐵路建設(shè)時(shí)期，通過(guò)合理利用節(jié)能坡的理念進(jìn)行線路縱斷面的設(shè)計(jì)，可以有效降低牽引能耗值，大大節(jié)省運(yùn)營(yíng)支出，是降低高速鐵路運(yùn)營(yíng)成本有效途徑之一，也是實(shí)現(xiàn)高速鐵路可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。從車站坡段坡度、車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離、動(dòng)車組編組質(zhì)量、進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)、節(jié)能坡進(jìn)入速度等5個(gè)方面，通過(guò)仿真計(jì)算分析各因素對(duì)進(jìn)站節(jié)能坡的影響程度，可根據(jù)線路的地質(zhì)情況、列車運(yùn)行特性和施工方法等因素，選擇合適的節(jié)能坡設(shè)計(jì)，為進(jìn)站的節(jié)能坡設(shè)計(jì)提供參考和設(shè)計(jì)依據(jù)，主要得出以下結(jié)論。

(1)提出了進(jìn)站節(jié)能坡的計(jì)算方法，給出了計(jì)算流程。在滿足高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，確定了各影響參數(shù)的約束條件。

(2)開(kāi)發(fā)了進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)程序模塊，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)化的動(dòng)態(tài)進(jìn)站節(jié)能坡設(shè)計(jì)。

(3)節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著車站坡段坡度值的增大而減小，但影響較小。對(duì)于同一節(jié)能坡度值i2，i1對(duì)節(jié)能坡長(zhǎng)L2影響非常小，影響程度遠(yuǎn)小于i2對(duì)L2的影響，總體都在50 m范圍內(nèi)。

(4)節(jié)能坡坡長(zhǎng)都是隨著車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離的增大呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡每增加1‰坡度，坡長(zhǎng)平均減小約7%。L1每增加50 m，節(jié)能坡長(zhǎng)平均增加60 m。在對(duì)節(jié)能坡影響上，車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離要比車站所在坡段的坡度值敏感，影響也較大。

(5)節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著編組質(zhì)量的增大而呈線性增大，每增加5 t，節(jié)能坡長(zhǎng)平均增加約15 m，增長(zhǎng)幅度隨著節(jié)能坡坡度值的增大而減小。對(duì)于同一編組質(zhì)量，節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著坡度的增大呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡每增加1‰坡度，節(jié)能坡長(zhǎng)平均減小180 m ，約減小6%。在對(duì)節(jié)能坡影響上，編組質(zhì)量對(duì)節(jié)能坡的影響介于車站中心至節(jié)能坡變坡點(diǎn)距離和車站所在坡段坡度之間。

(6)對(duì)于不同的進(jìn)站制動(dòng)力使用系數(shù)，節(jié)能坡坡長(zhǎng)都是隨著使用系數(shù)的增大而呈線性減小。β每增加0.05，節(jié)能坡長(zhǎng)平均減小30～40 m。對(duì)于同一β值，節(jié)能坡長(zhǎng)隨著節(jié)能坡度的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線減小，節(jié)能坡坡度增大1‰，節(jié)能坡坡長(zhǎng)平均減小5%。

(7)節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著初始進(jìn)入速度的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線增大，但隨著初始進(jìn)入速度的增大，增長(zhǎng)幅度變小。對(duì)于同一初始進(jìn)入速度，節(jié)能坡坡長(zhǎng)隨著節(jié)能坡度的增大而呈二次多項(xiàng)式曲線減小，但隨著節(jié)能坡度的增大，增長(zhǎng)幅度變小。

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Study on Design of Energy-saving Slope in High-speed Railway Station

LV Xi-kui1， LI Yong-fa2， SUN Pei-pei1

(1.School of Transportation, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043， China;2.School of Civil Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043， China)

The introduction of the design concept of energy saving slope into longitudinal section design of railway line plays an important part in optimizing the longitudinal section design， reducing energy consumption and saving operating expenses. According to the characteristics of high-speed railway， the paper proposes the design method and computational algorithms of energy-saving slope in high-speed railway station， offers calculation process and determines the constraint conditions of influencing parameters. Energy-saving slope design program modules are developed and the design of multi parametric energy-saving slope is fulfilled. On this basis， the paper conducts calculation and simulation analysis of station slope segment， the distance from station center to slope changing point of energy-saving slope， EMU marshaling weight， brake force coefficient and initial speed at the entry of the energy-saving slope， and determines the influencing degree of each factor on the energy-saving slope， which may provide

for the design of energy-saving slope.

High-speed railway; Energy-saving slope of station; Design; Influencing factors; Analysis and simulation

2016-01-30；

2016-02-19

國(guó)家自然科學(xué)基金資助(51278316)；河北省自然科學(xué)基金資助(E2014210111)；河北省教育廳項(xiàng)目(ZD20131026)

呂希奎(1976—)，男，副教授，2008年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院道路與鐵道工程專業(yè)，工學(xué)博士，主要從事鐵路選線設(shè)計(jì)與研究工作，E-mail：Lvxikui@163.com。

1004-2954(2016)09-0042-06

U212

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.009