高速鐵路線路參數分析及其行車動力特性研究.pdf

1、高速鐵路代表了世界鐵路現代化發(fā)展的大趨勢，提高列車速度是鐵路賴以生存和適應社會發(fā)展的唯一出路。隨著列車速度的提高，在相同條件的線路上，列車與線路之間相互作用關系發(fā)生變化，列車的垂向和橫向加速度增大，列車各種振動的衰減距離延長，各種振動疊加的可能性提高，相應的列車運行安全性和旅客乘坐舒適度更為敏感。同時，由于高速列車動力性能的改善與鐵路線路結構的強化，高速鐵路的軌道幾何形位具有易于保持的特點。高速鐵路線路參數選擇是否合理，一方面對列車運行

2、安全性和旅客乘坐舒適度有影響，另一方面還會對工程造價造成影響。針對高速鐵路線路參數問題進行的深入研究對豐富高速鐵路設計理論和工程應用均有重要的意義，也是目前國內外鐵路領域的研究熱點之一。
　　國內外學者針對高速鐵路線路參數的設置問題已經做了許多理論研究和試驗工作。本文在對其歸納總結和綜合分析的基礎上，采用理論分析、現場試驗與數值模擬相結合的方法進行研究。所做的主要工作有：
　　1.對國內外高速鐵路的線路參數設置情況進行概要總

3、結，重點歸納整理緩和曲線的理論與類型，并提出了一種代數方程式緩和曲線的設計通用方法，給出不同連接方式的緩和曲線計算公式。
　　2.基于行駛動力學理論，將列車簡化為1個質點，假設車輛與軌道完全跟隨運行，推導出考慮列車加減速行駛的車體橫向加速度時變率、車體側滾角速度時變率計算公式。對不同工況下幾種緩和曲線線型力學性能變化情況進行了理論分析。計算結果表明：考慮列車加減速行駛的曲線上車體橫向加速度時變率和車體側滾角速度時變率計算公式可用于

4、不同緩和曲線線型的比選，理論上高次緩和曲線對提高旅客舒適度比三次拋物線型緩和曲線更具有優(yōu)勢。
　　3.采用商業(yè)軟件與自編程序相結合的方法進行高速車輛.線路動力學仿真工作。在對比分析幾個比較著名的機車車輛動力學分析軟件基礎上，最終選擇使用UM軟件建立高速車輛動力學模型，再利用MATLAB軟件編程建立線路模型，并計算生成適用的輪軌接觸模型。
　　4.結合工程實例開展高速列車通過鐵路緩和曲線與豎圓重疊地段現場試驗，并建立對應的動力

5、學模型進行相應的仿真計算。結果表明：輪軌垂直力、輪軌橫向力、脫軌系數、輪重減載率等指標測試數據與仿真計算結果互有大小，但都在同一量級范圍內，變化趨勢一致。通過測試結果，一方面對線路參數設置的合理性進行了驗證，另一方面也驗證了所建立的高速車輛.線路動力學仿真模型的有效性。
　　5.運用行駛動力學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置問題。在分析平豎曲線重疊設置后線路各空間幾何量和物理量與未重疊時關系的基礎

6、上，推導出平豎曲線重疊情況下，列車通過曲線時的各種評價指標理論計算公式。通過理論分析并與仿真計算結果相對比，分析了不同工況下平豎曲線重疊對列車運行安全性和旅客乘坐舒適度的影響。計算結果表明：高速列車通過平面曲線與豎曲線重疊區(qū)段時，豎曲線起終點處較為不利。凸形豎曲線與平面圓曲線重疊，較大程度惡化了列車運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較小。相對而言，凹形豎曲線與平面曲線重疊，一定程度上能夠改善列車運行安全

7、性和旅客乘坐舒適度。因此，建議應區(qū)分不同類型平豎重疊情況制定相應的平豎重疊設置條件。
　　6.基于建立的高速車輛-線路動力學仿真模型，采用車體橫向加速度及其時變率、車體垂向加速度、輪軌垂直力、輪軌橫向力、脫軌系數、輪重減載率等評價指標，系統(tǒng)地研究了高速鐵路線路參數對車線動力響應的影響規(guī)律，主要包括緩和曲線線型與長度、外軌超高、圓曲線半徑、夾直線和圓曲線長度、豎曲線長度和坡段長度、豎曲線與緩和曲線間距離、平豎曲線重疊等：并對高速行車