摘要 电气化铁路既能大幅度提高运输效率,同时节能环保,是当前世界各国发展 铁路的首选。然而,根据中国铁路的中长期规划,非电气化铁路仍将占有很大的 比例,电气化铁路与非电气化铁路将在长时间内共存,能够适应不同线路条件的 混合动力型列车成为了研究的方向之一。同时,由于环境问题已经成为全世界面 对的主要问题之一,对混合动力型列车的可行性分析中,还应该包括环境影响分 析。本文对混合动力型列车在非完全电气化铁路上运行的问题进行了如下研究。 报告首先对混合动力型列车的发展情况做出了概述,指出国内外发展差距。 接着,报告具体分析了列车运动方程式,并在此基础上利用matlab对列车的运行 过程进行合理的模拟与仿真。随后,结合国内外相关研究文献,对列车的WTW能 耗分析方法做出了判断。最后利用在英国大西部干线上的具体案例来分析混合动 力型列车的运行指标和环境影响,利用混合动力型列车、内燃性列车以及电力型 列车分别在不同线路条件下运行得出的运行数据,对混合动力型列车的平衡性做 出了阐述,为混合动力型列车的发展提供了有价值的参考。 关键词:铁路;混合动力型列车;列车动力学方程;WTW分析;matlab 北京交通大学硕士学位报告 ABSTRACT ABSTRACT Electrified railway can greatly improve the efficiency of transportation, energy conservation and environmental protection at the same time,which is the first selection of the current railway development all around the world. However,according to China railway medium and long-term planning, the non-electrified railway will occupy a big proportion of the railway and both the electrified and non-electrified railway will coexist in a long time. Thus, hybrid train, which can adapt to different lines become one of the direction of the research. At the same time, as the environment problem has become one of the major problems facing the world, when analyzing the feasibility of the hybrid train, environmental impact analysis should also be included. In this paper, the hybrid train is analyzed by the following steps. Firstly, the paper describes the development of hybrid train and gives an overview, points out the domestic and foreign development gap. Secondly, the paper analyzes the train movement equation, and uses matlab to simulate the train operation process based on the equation reasonably. Thirdly, with referring to the relevant research literature, WTW (Well-to-Well) energy consumption analysis is conducted to analyze the carbon emission and energy consumption during the train operation. Finally, by using the case study about Great West Mainline of the Great Britain, analysis is done to test the operation index of the hybrid train and environmental impact. By comparing hybrid train, electric train and the diesel train when travelling on the electrified line,non- electrified line and discontinuous electrified line, the paper shows the advantages of the hybrid train,and provides a valuable reference for the future development of the hybrid train. KEYWORDS: railway; hybrid train; equations of motion; Well-to-Wheel; matlab iv 北京交通大学硕士学位报告 目录 目录 摘要 III ABSTRACT IV 1 引言 1 1.1研究背景 1 1.2列车能源发展概述 2 1.1.1 列车能源发展 2 1.1.2非完全电气化铁路 2 1.3研究现状 5 1.3.1混合动力型列车发展情况 5 1.3.2列车牵引计算 8 1.3.3 WTW 分析 10 1.4研究目的和意义 12 1.5研究内容和技术路线 13 1.5.1 报告的主要工作 13 1.5.2报告的技术路线图 14 1.6 本章小结 15 2列车动力学方程基础 16 2.1机车牵引力 16 2.2牵引力取值 16 2.3基本阻力 17 2.4附加阻力 18 2.4.1 坡道附加阻力 18 2.4.2 曲线附加阻力 20 2.4.3 隧道附加阻力 21 2.4.4其他附加阻力 21 2.5列车制动力 21 2.6本章小结 22 3列车运动方程式及MATLAB仿真 23 3.1单质点模型 23 V 北京交通大学硕士学位报告 目录 3.2多质点模型 24 3.3仿真系统动力学模型 25 3.4列车微观动力学仿真系统 25 3.4.1 仿真模块分析 26 3.4.2仿真系统结构及算法 28 3.4.3 重点参数计算方法 29 3.5算例分析 31 3.5.1 线路信息 32 3.5.2车辆信息 32 3.5.3算例仿真结果及分析 33 3.6 本章小结 34 4 WELL-TO-WHEEL 分析 35 4.1 WELL-TO-WHEEL 分析概述 35 4.1.1 系统边界定义 35 4.1.2分析计算单位 36 4.1.3分析指标 36 4.2 WTW分析与计算方法 37 4.2.1 WTT阶段计算理论 37 4.2.2 TTW阶段计算理论 38 4.2.3 WTW计算方法 38 4.3车用燃料WTW分析数值 38 4.3.1 WTT 分析 38 4.3.2 TTW 分析 39 4.4 本章小结 40 5案例分析 42 5.1案例背景 42 5.2线路车辆信息 43 5.2.1 High Speed Train 43 5.2.2 Class 390 44 5.2.3 城际快车 Intercity Express Programme Trains 45 5.3车辆参数 46 5.4假设与前提 ..46 5.5仿真方案设计 47 vi 北京交通大学硕士学位报告 目录 5.6仿真结果及能耗分析 47 5.6.1 帕丁敦(PAD)到卡迪夫(CDF) 47 5.6.2 卡迪夫(CDF)到帕丁敦(PAD) 49 5.6.3 总结 51 6结论与展望 52 6.1结论 52 6.2报告展望 53