高速铁路竖曲线参数取值与动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,采用仿真软件研究不同运行条件下高速列车通过竖曲线起点时的动力学性能,并计算得出高速铁路竖曲线的最小半径和最小长度的推荐值。结果表明:车体垂向振动加速度随竖曲线半径的增大而下降,与纵坡坡度的关系不明显;为保证旅客的舒适度,运行速度250,300,350 km/h分别对应的最小竖曲线半径推荐值为14,21,29 km;竖曲线起点引起的车体振动衰减时间服从正态分布,与竖曲线半径、纵坡坡度以及运行速度的关系不大;为避免车体振动叠加,行车速度为350 km/h时,竖曲线最小长度应不小于110 m,在线路条件较好时应不小于120 m。     

160km/h市域快速轨道交通最小竖曲线半径的动力学分析

基于SIMPACK动力学软件创建了适用于160 km/h市域快速轨道交通的车线动力学仿真模型,在不同竖曲线半径的纵断面线路上进行了仿真分析。结果表明:车体垂向加速度最大值随着竖曲线半径的增大而减小,两者成二次降函数关系;建议160 km/h市域快速轨道交通的车体垂向加速度允许值取0.17 m/s2,最小竖曲线半径取12 km。     

纵断面线路参数对直线电机列车的动力影响

研究目的:为了确定纵断面线路参数取值对LIM列车运行舒适性和安全性的影响规律,基于首都机场线LIM地铁系统参数建立列车-线路三维耦合动力学模型,分析在纵断面线路参数和车速影响下,LIM地铁系统动力响应特性,拟合得到车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率与竖曲线类型、竖曲线半径、列车行驶速度之间的关系公式。研究结论:(1)凹形竖曲线会增大列车垂向加速度和轮轨垂向力,减小轮重减载率;(2)凸形竖曲线会减小列车垂向加速度和轮轨垂向力,增大轮重减载率;(3)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与曲线半径的倒数相关;(4)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与车速的平方相关;(5)本研究成果可为LIM地铁系统纵断面线路参数优化提供理论依据。     

高速铁路线路参数与线路方案动力分析研究

线路线形条件对高速铁路行车安全性及乘坐舒适性的影响显著增强。我国在制定高速铁路规范时,总结吸收国内外建设及运营管理经验,提出了较高的线形标准。采用动力仿真分析方法对高速铁路参数进行探讨,对高速铁路线路关键参数进行分析,提出线路平、纵断面关键参数合理取值。针对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估。提出线路圆曲线、反向曲线夹直线最小长度、竖曲线最小半径关键参数合理取值,可有效减少工程建设投入;通过对京沈高铁试验段开展更高速度综合实验,对线路线形方案开展动力学分析及评估,提出通过增加8 000 m曲线半径超高的方法,提高速度400 km/h列车舒适度。     

基于惯性基准法的高速铁路纵断面线形平顺性研究

为研究线路竖曲线引起的长波高低不平顺超限问题,采用基于惯性基准法的虚拟轨检技术,建立高速列车—线路动力学仿真模型,通过车体加速度与车体-车轮相对位移反演得到虚拟不平顺,进而分析列车检测速度,竖曲线半径、长度、坡度差、夹坡段长度等竖曲线基本参数对虚拟不平顺的影响规律。分析结果表明:检测速度与竖曲线半径对虚拟长波不平顺影响较大,同时将计算结果与规范对比,建议对于设计时速为300 km/h的高速铁路,在设计允许的条件下,竖曲线长度和夹坡段长度设计值应大于500 m。     

高速铁路纵断面设置对乘坐舒适性影响评价

研究目的:高速铁路线路线形引起的车辆振动响应主要集中在1 Hz以下的低频范围内,为了有效区分轨道不平顺等引起的车辆振动,从乘坐舒适性角度评价线路线形的合理性、确定线路参数的取值,本研究针对纵断面坡段长度引起的舒适性问题,应用国际标准ISO 2631中的基于不同频段的舒适性评价方法对0.02~4 Hz和0.5~80 Hz两个频段内的车体垂向振动响应分别进行晕动感(运动病,motion sickness)和舒适度(comfort)指标的评价。研究结论:(1)夹坡段长度对竖曲线起终点引起的振动叠加有较大影响,当夹坡段长度大于200 m时,振动可有效衰减,避免叠加;(2)竖曲线激发的垂向主要振动频率与运行速度及坡段长度有关,且可能位于晕动易感频段内;(3)纵断面设置引起的晕动及舒适度问题主要受坡度代数差和夹坡段长度影响,综合考虑振动叠加和低频晕动易感频段的影响,给出了夹坡段最小长度的合理取值;(4)本研究提出的应用基于ISO 2631的低频晕动感评价方法可为高速铁路线路线形研究提供更为可靠的手段。     

莫斯科至喀山高速铁路竖曲线半径研究

莫斯科至喀山高速铁路是中国高铁"走出去"的标志性项目之一,其设计速度达到400 km/h,在全世界范围内尚属首次,线路设计中无现成规范可以采用。研究满足400 km/h速度的一重要线路参数—竖曲线半径。采用理论分析、仿真分析及数据对比分析的方法,从安全、舒适及养护维修等方面对竖曲线半径进行研究,并得出结论:最小竖曲线半径取值主要由舒适性条件决定,当速度达到400 km/h,建议最小竖曲线半径取值32 000 m;最大竖曲线半径受养护维修(检测技术)条件影响,建议取值不大于40 000 m。     

高速铁路线路轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法及应用研究

为揭示高速铁路线路纵断面参数变化,以及和轨道不平顺、路基大桥沉降关系,针对国内尚无轨道纵断面参数动态检测装备,提出基于惯组的轨面坡度及竖曲线半径动态测量方法。首先,建立转向架构架及惯性坐标系,并以重力加速度、水平加速度极小相关性为基准对齐两坐标系;其次,基于转向架构架纵向加速度解算轨面坡度,并补偿列车俯仰运动及与轨道平面纵向倾角误差;然后,以坡度测量值为基础解算竖曲线半径;最后,以高速综合检测列车为平台,在国内某新建高速铁路实车试验。结果表明：坡度和竖曲线曲率重复性偏差绝对均值分别为0.07‰、0.71×10^-3 rad/km,极差分别为0.22‰、0.005 rad/km。     

高速铁路线路纵断面设计标准及其应用研究

为科学合理地应用设计标准,应对确定标准的依据及原理有一定的认识和理解。线路纵断面设计标准的选择影响着线下基础工程的技术经济指标及线路舒适度水平,应分析平竖曲线重叠时对欠超高的影响。结合工程设计实践经验,分析研究合理的线路平纵断面设计匹配,以确保工程设计的技术经济合理性,并为实现线路空间曲线具有较高舒适水平奠定基础。根据设计速度、与平面曲线匹配情况合理选用竖曲线半径,宜优先考虑平竖曲线间夹直线长度0.4V(V为列车速度)的要求;竖曲线与平曲线间的夹直线长度在满足不小于25 m的条件下宜尽量大些,如果能够提供列车不少于1.5 s的走行距离则有利于保证线路的平稳性;当竖曲线与平曲线重叠设置时,建议设计行车速度300~350 km/h的线路平曲线半径选择不宜小于8 000 m,最大坡度不宜采用20‰足坡;线路平面交点设置时应同时考虑纵断面设计要求,以追求平纵断面匹配综合效果最佳。     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

平竖曲线重叠地段线形参数对米轨车辆动力特性的影响

为合理确定山区米轨铁路平竖曲线重叠地段线形参数,基于动力学理论建立米轨车辆—线路动力学模型,分析山区米轨铁路线路平竖曲线重叠地段的竖曲线形式、竖曲线半径、圆曲线半径等变化对车线系统动力特性的影响。结果表明:平竖曲线重叠地段采用凸形竖曲线形式相较于凹形竖曲线形式列车的动力通过性能更好;平竖曲线重叠设置对乘坐舒适性的影响最大,对行车安全性及轮轨作用力影响相对较小;竖曲线半径变化主要影响车体垂向加速度,当竖曲线半径增至10000 m后,对车体垂向加速度影响较小;平面圆曲线半径变化主要影响车体横向加速度,当平面圆曲线半径大于2000 m后,对车体横向加速度影响较小。     

悬挂式单轨纵断面设计标准取值研究

纵断面设计参数与工程规模、运输效率、建设成本、运营安全等密切相关,是选线设计的重要控制参数。以车辆性能为前提,从满足乘客舒适度角度对最小竖曲线半径、最大坡度、坡段长度进行理论计算分析。建议最大坡度不大于60‰,对于确因工程需要使用更大坡度的,应根据车辆厂家提供的具体技术参数进行研究计算确定。在设计过程中,需合理确定坡长与坡度之间的关系,必要时可结合车辆牵引制动特性曲线进行专题研究。悬挂式单轨的车体悬挂在轨道梁下方,重心较高,乘客对于竖向离心加速度的主观感受更加明显,应严格控制允许的竖向离心加速度,建议一般情况下取0.1 m/s~2、困难情况下取0.2 m/s~2。当设计速度为80 km/h时,一般情况下竖曲线半径不小于5 000 m、困难情况下不小于2 500 m;坡段长度一般情况下不小于340 m,困难情况下不小于190 m。     

竖曲线参数对200km/h速度等级机车动力学性能的影响

文章利用多体动力学软件SIMPACK建立了200 km/h速度等级机车动力学模型,分析了两种形式竖曲线的半径对垂向加速度、轮轨垂向力和轮重减载率的影响,并且根据现行铁道机车车辆动力学性能评定规范加以评价。结果表明:随着竖曲线半径的增大,车体垂向加速度逐渐减小,并趋于平稳,竖曲线半径对轮轨垂向力和轮重减载率影响较小;考虑轨道随机不平顺时,根据车体垂向加速度判断,凸形竖曲线略好于凹形竖曲线;随着半径的变化,机车轮轨垂向力和轮重减载率变化不大,且均属优良范围。     

悬挂式单轨旅游观光线路主要技术标准研究

目前,国内尚无成熟的悬挂式单轨交通设计体系。为探索和完善悬挂式单轨旅游观光线路技术标准,以湖北恩施青云崖度假区旅游观光线设计为例,结合国内多条悬挂式单轨试验线的设计、制造、安装、运行经验及乘坐体验,对悬挂式单轨旅游观光线路主要技术标准进行分析研究。根据列车最高运行速度、未被平衡的离心加速度、车体最大允许倾角确定线路平面曲线最小半径;根据未被平衡横向加速度的时变率计算缓和曲线长度;根据最高运行速度计算竖曲线半径;为了降低轨道梁设计、制造和安装难度,认为平曲线、缓和曲线、平面夹直线及纵断面夹直线最小长度不宜小于一节轨道梁的长度;并给出了最大坡度、坡段最小长度等主要参数的选取原则。     

时速400km高速铁路曲线超高研究

通过理论分析对时速400 km铁路线路最大曲线超高、欠超高以及最小曲线半径进行了研究,并建立列车通过高速铁路曲线地段动力学仿真计算模型,对不同工况下高速列车动力学各项安全性和平稳性指标进行计算分析。结果表明:时速400 km高速铁路最大曲线超高、欠超高、过超高、欠过超高之和、最大曲线超高与欠(过)超高之和等参数可以采用既有350 km/h高速铁路规范规定值;高速列车以400 km/h速度通过7 500,8 500,9 000 m半径曲线时,脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等各项安全性指标均在限值以内;从平稳性方面考虑,高低速列车不共线运行时,对时速400 km高速铁路推荐最小曲线半径为9 000 m,一般条件下8 500 m,困难条件下7 500 m;高低速列车共线运行时,为了满足高低速匹配要求,推荐最小曲线半径为8 500 m。     

高速铁路站场岔后曲线参数优化研究

研究目的:高速铁路站场设计标准与常规铁路站场有很大区别,站场岔后曲线应满足较高的列车通过速度,以满足站场接发列车能力.本文采用车线动力分析方法研究高速铁路站场岔后曲线插入段和缓和曲线长度对行车动力性能的影响规律,探讨站场岔后曲线参数合理取值,为高速铁路站场设计参数提供理论依据.研究结论:根据舒适度条件,给出了不同通过速度条件下岔后曲线半径与超高匹配关系,以及不同岔后曲线半径条件下缓和曲线长度取值;对岔后曲线插入段和缓和曲线长度优化研究表明:通过岔后曲线夹直线长度应尽量避免取夹直线上车辆第一周期峰值衰减距离与定距之和,对于1200 m曲线,其夹直线不宜选取30 m;岔后缓和曲线长度超过50 m时,对车辆舒适性的改善不再明显.     

客运专线无砟轨道线路平纵断面主要技术参数的研究

研究目的:随着我国高速铁路的发展,迫切需要确定适合我国国情的无砟轨道线路平纵断面的主要技术参数,以便作为客运专线无砟轨道铁路线路平纵断面设计提供技术参考。研究结果:研究提出了无砟轨道线路平面圆曲线半径、缓和曲线长度、夹直线及圆曲线最小长度、最大坡度、最小坡段长度、竖曲线半径等主要技术参数的建议值以及选用原则。     

基于成桥施工偏差的大跨度铁路桥梁线路纵断面设计适应性分析

大跨度铁路桥梁成桥线形与设计线形易产生偏差，通常需根据成桥线形变更线路纵断面；同时，大跨度铁路桥梁受荷载作用呈现明显的动态大变形特征，导致桥梁服役期间线路纵断面仍难以与设计纵断面匹配，影响其后续的线路养护维修。结合某大跨度公铁两用桥梁，介绍现有考虑成桥施工偏差的线路纵断面设计方法，并考虑温度、列车载重等常规荷载激励，开展基于中点弦测法的轨道几何形位评估和基于动力仿真的列车舒适性评价，以分析服役期间不同线路设计纵断面对桥梁线形变化的适应性。结果表明：降温导致跨中等效竖曲线半径减小，拟合调整大跨度桥梁线路纵断面时，应重点关注降温荷载对车辆运行平稳性的影响；桥梁结构整体受力变形所引起的车体垂向振动加速度变化不超过0.05 m/s²,线形平顺性主要由线路设计纵断面本身控制；相比多坡段纵断面，多项式拟合设计的线路纵断面消除了变坡点和竖曲线，从而减小线路纵断面引起的列车车体振动响应。     

客运专线竖曲线与平面曲线重叠的试验验证

客运专线线路参数设置的合理与否,直接关系到列车运行的平稳性和旅客舒适度,而在试验列车运行条件下进行的轮轨力测试和列车运行平稳性试验是验证线路参数设置合理与否的主要手段。秦沈客运专线是我国第一条时速200 km的客运专线,对设计中采用参数合理性的实验验证是必不可少的。本文叙述了4 个半径为20 000 m的竖曲线与半径为5 500 m、7 000 m和9 000 m的平面曲线重叠条件下,轮轨作用力和列车通过时车体加速度和平稳性指标的测试过程和结果。分析表明,曲线超高应根据列车运行速度设置,以减小未被平衡的横向离心力。根据测试数据得出在试验列车250 km/h速度条件下通过这4个竖圆重叠区段是安全的,列车的舒适度达到良限值,说明竖曲线对行车影响并不十分明显。     

高速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度研究

研究目的:线路参数的确定是磁浮交通系统关键技术研究内容中的重要环节。本文基于行驶动力学理论,从旅客舒适度角度出发,对时速600 km高速磁浮线路最小曲线半径和缓和曲线长度进行初步研究。研究结论:(1)当线路横坡角小于10°时,平面缓和曲线最小长度主要受最大侧向冲击控制,横坡角继续增大后,则取决于最大横坡扭转率;(2)按横坡角最大值为8°考虑,建议一般和困难情况下最小平曲线半径分别取值11 650 m和10 550 m,缓和曲线最小长度取值670 m;(3)竖向曲线半径和缓和曲线长度的确定应区别考虑凹曲线和凸曲线,最小凹、凸曲线半径取值分别高达24 000～48 000 m、51 000～62 000 m,竖缓和曲线最小长度取值100～335 m;(4)本研究成果可为高速磁浮铁路选线设计提供一定的参考依据和数据支撑。