高速鐵路線路參數(shù)分析及其行車(chē)動(dòng)力特性研究.pdf

1、高速鐵路代表了世界鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢(shì)，提高列車(chē)速度是鐵路賴(lài)以生存和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的唯一出路。隨著列車(chē)速度的提高，在相同條件的線路上，列車(chē)與線路之間相互作用關(guān)系發(fā)生變化，列車(chē)的垂向和橫向加速度增大，列車(chē)各種振動(dòng)的衰減距離延長(zhǎng)，各種振動(dòng)疊加的可能性提高，相應(yīng)的列車(chē)運(yùn)行安全性和旅客乘坐舒適度更為敏感。同時(shí)，由于高速列車(chē)動(dòng)力性能的改善與鐵路線路結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化，高速鐵路的軌道幾何形位具有易于保持的特點(diǎn)。高速鐵路線路參數(shù)選擇是否合理，一方面對(duì)列車(chē)運(yùn)行

2、安全性和旅客乘坐舒適度有影響，另一方面還會(huì)對(duì)工程造價(jià)造成影響。針對(duì)高速鐵路線路參數(shù)問(wèn)題進(jìn)行的深入研究對(duì)豐富高速鐵路設(shè)計(jì)理論和工程應(yīng)用均有重要的意義，也是目前國(guó)內(nèi)外鐵路領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)高速鐵路線路參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題已經(jīng)做了許多理論研究和試驗(yàn)工作。本文在對(duì)其歸納總結(jié)和綜合分析的基礎(chǔ)上，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。所做的主要工作有：
　　1.對(duì)國(guó)內(nèi)外高速鐵路的線路參數(shù)設(shè)置情況進(jìn)行概要總

3、結(jié)，重點(diǎn)歸納整理緩和曲線的理論與類(lèi)型，并提出了一種代數(shù)方程式緩和曲線的設(shè)計(jì)通用方法，給出不同連接方式的緩和曲線計(jì)算公式。
　　2.基于行駛動(dòng)力學(xué)理論，將列車(chē)簡(jiǎn)化為1個(gè)質(zhì)點(diǎn)，假設(shè)車(chē)輛與軌道完全跟隨運(yùn)行，推導(dǎo)出考慮列車(chē)加減速行駛的車(chē)體橫向加速度時(shí)變率、車(chē)體側(cè)滾角速度時(shí)變率計(jì)算公式。對(duì)不同工況下幾種緩和曲線線型力學(xué)性能變化情況進(jìn)行了理論分析。計(jì)算結(jié)果表明：考慮列車(chē)加減速行駛的曲線上車(chē)體橫向加速度時(shí)變率和車(chē)體側(cè)滾角速度時(shí)變率計(jì)算公式可用于

4、不同緩和曲線線型的比選，理論上高次緩和曲線對(duì)提高旅客舒適度比三次拋物線型緩和曲線更具有優(yōu)勢(shì)。
　　3.采用商業(yè)軟件與自編程序相結(jié)合的方法進(jìn)行高速車(chē)輛.線路動(dòng)力學(xué)仿真工作。在對(duì)比分析幾個(gè)比較著名的機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)分析軟件基礎(chǔ)上，最終選擇使用UM軟件建立高速車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，再利用MATLAB軟件編程建立線路模型，并計(jì)算生成適用的輪軌接觸模型。
　　4.結(jié)合工程實(shí)例開(kāi)展高速列車(chē)通過(guò)鐵路緩和曲線與豎圓重疊地段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并建立對(duì)應(yīng)的動(dòng)力

5、學(xué)模型進(jìn)行相應(yīng)的仿真計(jì)算。結(jié)果表明：輪軌垂直力、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率等指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算結(jié)果互有大小，但都在同一量級(jí)范圍內(nèi)，變化趨勢(shì)一致。通過(guò)測(cè)試結(jié)果，一方面對(duì)線路參數(shù)設(shè)置的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，另一方面也驗(yàn)證了所建立的高速車(chē)輛.線路動(dòng)力學(xué)仿真模型的有效性。
　　5.運(yùn)用行駛動(dòng)力學(xué)理論和空間幾何理論，從空間曲線的角度去考察平面曲線與豎曲線重疊設(shè)置問(wèn)題。在分析平豎曲線重疊設(shè)置后線路各空間幾何量和物理量與未重疊時(shí)關(guān)系的基礎(chǔ)

6、上，推導(dǎo)出平豎曲線重疊情況下，列車(chē)通過(guò)曲線時(shí)的各種評(píng)價(jià)指標(biāo)理論計(jì)算公式。通過(guò)理論分析并與仿真計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，分析了不同工況下平豎曲線重疊對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性和旅客乘坐舒適度的影響。計(jì)算結(jié)果表明：高速列車(chē)通過(guò)平面曲線與豎曲線重疊區(qū)段時(shí)，豎曲線起終點(diǎn)處較為不利。凸形豎曲線與平面圓曲線重疊，較大程度惡化了列車(chē)運(yùn)行安全性和旅客乘坐舒適度，而凸形豎曲線與平面緩和曲線重疊的影響相對(duì)較小。相對(duì)而言，凹形豎曲線與平面曲線重疊，一定程度上能夠改善列車(chē)運(yùn)行安全

7、性和旅客乘坐舒適度。因此，建議應(yīng)區(qū)分不同類(lèi)型平豎重疊情況制定相應(yīng)的平豎重疊設(shè)置條件。
　　6.基于建立的高速車(chē)輛-線路動(dòng)力學(xué)仿真模型，采用車(chē)體橫向加速度及其時(shí)變率、車(chē)體垂向加速度、輪軌垂直力、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率等評(píng)價(jià)指標(biāo)，系統(tǒng)地研究了高速鐵路線路參數(shù)對(duì)車(chē)線動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，主要包括緩和曲線線型與長(zhǎng)度、外軌超高、圓曲線半徑、夾直線和圓曲線長(zhǎng)度、豎曲線長(zhǎng)度和坡段長(zhǎng)度、豎曲線與緩和曲線間距離、平豎曲線重疊等：并對(duì)高速行車(chē)