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。     

隧道内高速列车交会时车体两侧压差波动特性数值模拟研究

列车交会时车体两侧压差影响列车运行稳定性、可靠性和舒适度。基于三维、非定常、可压缩流动的雷诺平均N-S方程和SSTk-ω两方程湍流流动模型,采用重叠网格技术,模拟高速列车在隧道中央等速交会,研究了速度(250km/h、350km/h和400km/h)、线间距(4.6m、4.8m和5.0m)对车体两侧压差波动特性的影响。研究结果表明:车体两侧压差时间历程曲线形状相似于明线交会压力波时间历程曲线形状,在通过列车的车头和车尾经过测点时,压差值分别产生先正后负和先负后正的脉冲波,而且车尾通过时产生的压差明显比车头经过时低;车体两侧最大正压差值、最大负差值以及压差幅值均与速度平方成正比,400km/h下压差最值平均比350km/h大26%,350km/h下压差最值平均比250km/h大92%;车体两侧最大正压差值、最大负差值以及压差幅值均与线间距成负指数关系,压差最值随着线间距变化的增长百分比基本在9%左右。     

线路关键点对400km/h高速铁路纵断面参数设计影响

研究目的:400 km/h等级高速铁路的规划设计是我国现阶段高速铁路建设与发展的重要目标。目前,尚未有400 km/h高速铁路纵断面参数设计标准的研究。在满足高速列车行驶安全与旅客乘坐舒适条件下,本文对400 km/h等级高速铁路纵断面参数进行了设计与验证,为后续工程应用提供理论依据。研究结论:(1)相同坡度差、夹直线长度条件下,列车垂向振动加速度最大值随竖曲线半径的增加而减小,建议400 km/h高速铁路最小竖曲线半径取值为30 000 m;(2)当竖曲线半径≥20 000 m,车体垂向振动加速度最大值数值受坡度差值影响很小;(3)车体垂向振动加速度随着夹直线长度的增加而逐渐消散,叠加振动减小,建议400 km/h高速铁路夹直线长度最小取值为200 m;(4)本文研究可为400 km/h高速铁路纵断面参数设计提供技术支撑。     

380km/h高速列车脉动风荷载仿真分析

针对高速铁路声屏障的高速列车脉动风荷载问题,介绍既有研究资料,并进行高速列车以350km/h,380 km/h的速度通行声屏障区域的CFD计算分析.结果表明,350 km/h速度下最大风压力为1 474 Pa,380 km/h速度下最大风压力为1 707 Pa.声屏障底部承受的风荷载最大,并沿高度向上先缓慢减小至声屏障一半高度后较快减小.沿纵向,声屏障的脉动风压在列车入口处最小,沿着列车前进方向50 m处迅速增大,后稍减小并在100 ～400 m处保持平稳.     

横风环境下列车交会对25T型客车动力学性能影响

采用列车空气动力学和列车系统动力学方法研究横风环境下25T型客车与CRH5型动车组交会对25T型客车动力学性能的影响。利用三维、可压缩和非定常N-S方程的数值模拟方法计算不同横风风速、不同交会速度下作用于25T型客车车体的气动力及力矩。利用SIMPACK软件建立25T型客车三维系统动力学仿真模型,分析横风风速、车速以及交会对列车系统动力学性能的影响。研究结果表明:在交会开始以及结束时刻,列车的系统动力学性能下降;同时在脱轨系数、倾覆系数以及轮轴横向力中,倾覆系数最为敏感;在一定变化范围内,风速变化相比于车速变化对列车运行安全性影响更大,风速由20 m/s增加到25 m/s时列车的倾覆系数增加68%,而车速由120 km/h增加到160 km/h时列车的倾覆系数增加8%;在25T型客车车速为120,140和160 km/h时允许最高风速分别为32.8,33和32.6 m/s;交会对25T型客车动力学性能的影响随着风速的增加而增加,在风速为35 m/s时,交会对脱轨系数、倾覆系数以及轮轴横向力的影响率达到49%,42.2%和25.3%。     

400 km/h高速铁路直立式声屏障降噪效果及安全性研究

开展400 km/h高速铁路噪声影响研究是践行“交通强国”战略的有力举措。为研究400 km/h高速铁路噪声特性及辐射源强,获取现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下降噪效果及适应性,采用有限元模型进行仿真计算,模拟计算400 km/h高速铁路噪声源强并进行组成分析,对高速铁路通用的直立式声屏障降噪效果、耐久性、安全性等进行分析研究,对目前直立式声屏障适应性提出实施建议。研究表明：高速列车以速度400 km/h运行时,距离铁路外轨中心线25 m、轨上3.5 m处,桥梁段总声级为97.8 dB (A),路基段总声级为96.7 dB (A),气动噪声大于轮轨噪声;提出现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下插入损失为2.7～8.9 dB (A);在安全方面,提出立柱底部螺栓养护年限;针对目前铁路直立式声屏障通用图适用性进行分析,提出结构安全优化建议。研究结果可指导400 km/h高速铁路噪声影响分析及直立式声屏障设计工作。     

列车交会空气压力波研究及应用

列车交会空气压力波是高速轨道交通特有的空气动力学问题,它对高速轨道运输行车安全、旅客舒适度均产生重大影响。讨论了列车交会空气压力波数值计算方法、动模型及在线实车试验技术,论述了非对称滑移网格技术。根据对我国提速,200km/h速度等级及其以上高速列车进行计算、试验和理论分析,建立了列车交会压力波与运行速度、复线间距、车体宽度、附面层、外形以及编组方式等之间的关系,讨论了列车交会行车安全评估方法,提出了我国既有线上各种列车车体和车窗结构承受瞬态交会压力冲击安全运行极限值。     

翼板制动气动性能数值分析

在列车上布置若干翼板.采用K-ε湍流模型,通过求解三维黏性N-S方程,对不同行车速度下、翼板工作与否多种工况,进行流动结构分析和气动阻力计算.各翼板的阻力系数采用不同运行速度下阻力系数的平均值,对列车不同运行速度下翼板的制动减速度进行计算.随着列车运行速度的提高,翼板制动能力不断提高.列车运行速度为300、400 km/h时,翼板所提供的制动减速度分别为-0.139、-0.248 m/s2.翼板制动可以作为高速列车辅助制动的一种方式.     

横风环境下跨海大桥列车-桥梁系统耦合振动仿真研究

基于计算流体力学及弹性体在多体系统中的耦合理论,将计算流体力学、多体系统动力学及有限元结合起来,构建横风环境中列车-桥梁系统耦合振动的仿真平台,并以平潭海峡大小练岛水道斜拉桥为研究对象开展研究。列车-桥梁系统的气动模型构建采用局部动态层网格方法,计算列车-桥梁系统在不同风速和车速下的气动荷载。基于有限元方法和多体系统动力学方法建立列车-桥梁系统多体动力学模型,以时间激励方式施加气动荷载,仿真计算双线会车时不同风速和车速工况下列车-桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明:(1)随着风速的增大,桥梁主跨跨中竖向位移变化很小,而跨中横向位移显著增大,跨中竖向和横向振动加速度亦明显增大。风速和车速分别在30 m/s与300 km/h以内时,桥梁的挠度和振动加速度均能满足要求。(2)横风环境下列车在桥梁上运行时,头车的动力特性最为不利。随着风速和车速的增大,车辆的动力学指标均呈增大趋势。(3)列车行至桥梁跨中时轮重减载率出现最大值,两车交会时车体横向加速度发生突变且出现最大值,部分动力学指标不满足要求。(4)双线会车时,风速在10、20、30 m/s时的临界安全车速分别为296、256、147 km/h,临界舒适车速分别为166、150、106 km/h。     

侧风下高铁列车交会运行时车—桥耦合振动

采用流体力学计算软件FLUENT和动网格技术建立侧风下2列3节列车交会的气动力计算模型,通过自编UDF程序实现列车交会运动,分析列车交会过程中的气动力。根据列车中间车厢气动力的相似性扩展得到2列8节列车交会的气动力时程,将列车真实非定常的气动力以力元的方式加载到由有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK联合建立的高速列车—多跨简支梁三维动力分析模型中,进行侧风下高速列车交会运行时车—桥耦合振动研究。结果表明:列车交会气动力对列车轮轴横向力、脱轨系数以及竖向加速度的影响较小,但会增大列车的轮重减载率,并显著增大列车的横向加速度;侧风显著增大列车的轮重减载率、轮轴横向力和脱轨系数;列车轮重减载率是控制列车车速阈值的控制因素;列车交会气动力对列车运行安全性的影响不应忽视,在[0,15),[15,20)和[20,25) m·s~(-1)风速的侧风下,列车车速阈值分别为350,275和200 km·h~(-1)。     

基于一维流动模型的高速列车隧道交会空气阻力数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,考虑列车交会诱发的空气压力和流速变化,提出高速列车隧道交会空气阻力的计算方法。研究中国标准动车组CR400AF隧道交会列车空气阻力变化规律,分析列车交会位置、隧道长度、阻塞比、列车运行速度和列车长度对列车空气阻力的影响。结果表明:在研究隧道内列车空气阻力和列车周围气流流动时必须考虑压缩波和膨胀波的传播方向,交会位置对平均列车空气阻力的影响较小;在隧道中央等速交会时,列车空气阻力随隧道长度、阻塞比和车速增大而增大,且这3者的影响程度依次增大;平均列车空气阻力与车速的2次方近似成正比,与阻塞比的0.67～0.75次方成正比,与隧道长度的0.01次方成正比;时速300～400km等级16辆编组高速列车的平均列车空气阻力约为8辆编组的1.65～1.70倍。     

CRH3G动车组横风运行安全性分析

良好的横风运行安全性是实现高速动车组速度能力提升的有效手段.现搭建了基于空气动力学和车辆系统动力学的高速列车车辆横风运行安全性耦合计算模型,根据动车组在不同车速(150～300 km/h)和风速(10～35 m/s)下的气动力和气动力矩计算结果,分析了不同气动载荷对动车组动力学性能的影响.在此基础上,提出了CRH3G动车组的横风运行安全速度域.     

574.8km/h:V150高速列车创世界新纪录

自2005年以来,日本研发的Fastech360S型高速列车已进行多次试验,最高运行速度为400km/h,运营速度为360km/h。韩国自2006年起研发第二代高速列车,最高速度为400km/h,运营速度350km/h,2010年推出样车。在如此竞争态势下,法国2007年内将进行多次速度为360km/h的试验,新研发的AGV-7型高速列车运营速度为350km/h。2007年4月3日,法国V150列车创造出574.8km/h的世界新纪录。     

速度400 km/h高速列车轴箱轴承技术研究

高速列车轴箱轴承的可靠性和高速性能是保障高速列车运行安全和运行效率的关键因素。依据高速列车轴箱轴承的实际应用工况特征,并结合现有高速列车轴箱轴承的检修统计数据,对比分析了双列圆锥和双列圆柱设计的轴箱轴承技术特点。针对现有某高速列车车型,以满足运营速度400 km/h的技术要求为目标,对双列圆锥轴箱轴承低摩擦优化设计和轴箱系统散热设计优化这两个方面进行研究。其中为了准确评估摩擦功耗,建立了轴承—车辆刚柔耦合动力学模型,并以京津轨道谱和实测车轮不平顺作为输入,计算了轴承的动态载荷。轴承摩擦计算结果表明,在车速400 km/h,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承的摩擦发热功耗比原有双列圆锥轴箱轴承大约降低24%;轴箱轴承台架测试显示,在更高的车速下,X-life设计的双列圆锥轴箱轴承运转温度比原有双列圆锥轴箱轴承降低了大概15°C。轴箱系统热仿真计算显示,在相同的热源输入和环境温度和散热条件下,铝合金轴箱体的最高温度相比铸铁轴箱的最高温度降低了约20°C。相关研究结果,可以为运营速度400 km/h高速列车的轴箱系统总体设计提供参考。     

高速列车在隧道内和明线上交会时气动性能对比分析

建立了高速列车在隧道内和明线上交会的数值计算模型。利用有限体积法求解三维、可压、非定常N-S方程和k-ε两方程湍流模型,通过滑移网格技术实现列车的相对运动。分析了列车在隧道内和明线上以350 km/h等速交会过程中车体表面压力、气动荷载的变化规律。研究发现:列车在隧道内交会时,其车体表面压力比在明线上交会时约增加6 kPa,且车体表面压力的波动幅值是明线上交会时的2倍;交错车体表面的负压值比未交错表面的负压值大1.5kPa;气动力(矩)比在明线上交会时略小;头车、尾车气动阻力的变化规律与单车过隧道时相似,但阻力的变化峰值约是单车过隧道时的2.5倍。     

铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。     

高速列车通过隧道时产生的列车风研究

采用数值计算方法,对不同编组长度高速列车以不同速度(200,250,300和350 km/h)通过隧道和于隧道中心交会进行模拟,并对产生的列车风进行分析研究。其中,数值计算方法进过实车试验数据验证,波形吻合度较好。研究发现,列车尾流引起的列车风最大,这一现象在靠近列车一侧区域尤为明显。编组长度对隧道内列车风影响显著,长编组引起的列车风明显大于短编组,增幅可达70.49%。单列车通过隧道时产生的列车风与车速近似呈线性关系,而列车于隧道内交会产生的列车风风速与车速关系已不再是线性;且相对单车工况,交会工况列车风增幅可达1.6倍。隧道内列车风峰值在空间分布存在显著差异。     

我国高速列车速度分级

高速列车最高速度的分级研究,可为我国高速列车的设计、引进、制造、运用以及维修等提供界定速度等级和型谱的基础性依据。在分析近代国际铁路高速列车技术发展态势的基础上,结合我国高速列车发展的现状和未来方向,通过对已有200~400 km.h-1列车相关数据分析和比功率计算,提出为满足最高速度要求,应选择较大保有加速度,并在计入回转质量系数的列车保有加速度为0.05~0.1 m.s-2的条件下,推荐中国高速列车最高速度的分级采用三级方案:T级(最高速度400 km.h-1)、Ⅰ级(最高速度330 km.h-1)和Ⅱ级(最高速度250 km.h-1)。这种速度分级是基于最高速度还有上浮空间,且可基本涵盖全高速区范围。当前研究重点是优化开发Ⅰ级和Ⅱ级高速列车,并为T级高速列车做准备。     

350km/h以上高速列车观光区噪声特性及其评价研究

基于现场测试,对350～400km/h速度下的高速列车车内观光区噪声特性进行分析,明确了350km/h以上区域车内噪声的动态特性及其随速度的变化规律。在考虑对其评价时,由于国内外对高速列车的噪声评价还没有统一标准,目前基本在沿用A声级。但是,A声级在噪声测量和评价中存在不足。为了研究A声级能否作为高速列车车内噪声评价的合理指标,以及其他噪声评价指标对高速列车车内噪声评价的可行性,采用不同噪声评价指标对350km/h以上高速列车车内噪声进行评价研究。研究结果表明:350km/h以上高速列车车内观光区噪声具有显著的中低频特性,采用A声级评价会低估车内噪声的影响程度,选择响度、噪度、NR曲线和RC曲线等噪声评价指标作为辅助,可以更准确地体现司乘人员对高速列车车内噪声的主观感受。本文的相关研究结果可为高速列车车内噪声评价标准的制定提供依据。     

更高速度下京沪高铁列车整车时间常数动态气密性阈值初探

高速列车通过隧道产生的压力波带来了司乘人员的耳感舒适性问题。随着运行速度的提升,耳感舒适度问题日益严重。文中以京沪高速铁路隧道参数为研究背景,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的特征线计算方法,采用时间常数模型,结合国内舒适度标准和UIC标准,研究400km/h列车头尾车和中间车的整车时间常数动态气密性阈值的变化特性,并分析了隧道长度、列车速度和编组等参数对整车时间常数动态气密阈值的影响规律;研究结果表明:列车速度、隧道长度和动态时间常数气密值密切相关;单列车以400km/h通过隧道且满足国内800Pa/3s标准时,高速列车头尾车时间常数动态气密阈值应大于12s,中间车时间常数动态气密阈值应大于11s;满足UIC标准时,头尾车时间常数动态气密阈值大于24s,中间车时间常数动态气密阈值大于20s;两列车交会且满足国内800Pa/3s标准时,高速列车头尾车时间常数动态气密值应大于23s,中间车时间常数动态气密阈值大于22s;满足UIC标准时,头尾车时间常数动态气密阈值大于45s,中间车时间常数动态气密阈值大于42s。