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。     

高铁滨海北站路基段环境振动试验研究与数值分析

为了研究高速铁路列车在路基段运行时引起的周边环境地面上的竖向振动特性和传播规律,进行现场试验和数值分析。实测结果表明:高速铁路路基段周边环境地面不同距离测点的Z振级均小于78 d B,振动并没有随距离衰减,只是在距离外轨30~60 m范围内有减弱;距离线路外轨30 m外的环境振动的频谱主峰频率以小于10 Hz的低频为主;振动频谱中并没有显现出高频振动衰减快、低频振动衰减慢的规律。基于FLAC3D的数值分析结果与实测值吻合良好,验证了模型的合理性,并分析群桩加固区对振动的影响,结果表明:在路基段采用群桩基础对地基进行加固,可有效降低高速铁路列车运行对路基段周边环境振动的影响。     

悬挂式单轨空、重车线路动力学响应分析

基于多体动力学软件Universal Mechanism建立60自由度的悬挂式单轨车辆系统动力学模型,主要基于乘客舒适度评价指标,探讨空、重车以80 km/h速度通过平竖曲线时动力学响应的异同。结果表明,结构的特殊性使得悬挂式单轨驶过缓圆点和缓直点后车体横向摆动幅度明显,车体横向偏角时变率、未被平衡离心加速度及其时变率结果均会产生一个较大的跃变现象,且重车工况下变化量更大。由于重车惯性更大的缘故,导致振动衰减过程中车体横向低频晃动更剧烈,同一平面线路工况下,重车比空车要多3个振动衰减周期;竖曲线条件下空、重车的振动衰减周期基本一致,但重车的最大垂向加速度更大。因此,鉴于空、重车在平竖曲线处动力特性差异的事实,有必要综合考虑两者用以后期悬挂式单轨列车线路参数的确定。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

基于动力学理论对高中速客运专线和高低速客货共线铁路平纵面合理匹配的研究

为了达到对高中速客运专线和高低速客货共线时线路平纵断面进行合理匹配的目的,基于系统工程思想,仿真计算列车以不同速度匹配通过平纵断面时的动力学性能各项指标,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:在轨道随机不平顺激扰下,无论是高中速客车还是高低速客货混跑,竖曲线与平面曲线零搭接时,所有安全性指标与平稳性指标均合格,且凸型竖曲线和凹型竖曲线下的所有动力性能指标均对应接近;无轨道随机不平顺激扰时,车体振动衰减距离最大值均分别由旅客列车最高行车速度确定,且速度越高,衰减距离越长。     

地下铁道站台限界加宽方法

1站台限界加宽与线路平面的关系 设计地下铁道线路的曲线位置时,为避免站台边缘出现曲线,其直缓点或直圆点至有效站台端的距离应在一定距离之外.这个距离,当站台在曲线外侧时为l1+l′,l′为动车转向架中心销至车体端(拖车或控制车则不包括与动车车体长度相等处为分界断面以外的司机室车体长度部分)的距离,l1为车辆定距.     

高速铁路动检车检测数据里程误差评估与修正

减小动检车检测数据里程误差,是实现准确评估轨道状态与深入研究轨道状态演变规律的基本保障。针对当前处理动检数据里程误差的不足,建立一种基于局部波形匹配的动检数据里程误差定量评估模型,并采用两次插值的方法修正里程误差。通过对平面曲线分析发现,平面曲线直缓点、缓圆点、圆缓点和缓直点均可作为里程误差校正点。结合某高速铁路动检数据计算表明:在99.7%置信度下,该线动检数据绝对里程误差在[-23.815.6]m,相对里程误差在[-15.9 15.7]m;修正里程误差后,校正点附近绝对里程误差可控制在[-0.7 0.7]m,全线相对里程误差可控制在[-4.2 4.2]m,因而本文方法能有效地实现对线路尤其是长大曲线内部的里程误差处理。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

高速铁路站场正线与到发线间线路优化研究

研究目的:高速铁路站场线路股道众多,既要保证部分列车能高速平稳通过,又要满足部分列车到发、折返等作业需求,受列车运行速度有所降低及车站总体布局的影响,到发线上曲线半径一般远小于正线曲线半径,正线与岔后到发线曲线间连接线路参数选取直接影响列车的安全平稳运行。在综合考虑高速铁路站场内列车在站场正线与到发线间运行工况的基础上,本文通过建立高速铁路站场内道岔区动力学分析模型,计算分析道岔与岔后到发线曲线间夹直线及缓和曲线长度对列车运行安全性及平稳性的影响,拟对高速铁路站场内正线与到发线间连接线路参数进行优化。研究结论:在既有相关研究的基础上,根据岔后曲线半径与超高及缓和曲线长度的匹配关系,赋予计算模型所需的线路参数,运用车线动力分析方法,对高速铁路站场正线与到发线间连接线路参数进行优化研究,结果表明:(1)从保证列车运行平稳性角度,建议高速铁路站场内正线与岔后到发线曲线间设置至少9 m长的夹直线,当高速铁路站场用地受限时,夹直线长度可适当减小甚至可以不设夹直线,对列车运行安全性影响不大;(2)当缓和曲线长度达到一定值后,增加缓和曲线长度对缓和列车在曲线上的振动意义不大;(3)在站场规模一定时,本研究结果可为合理选取正线与到发线间线路参数及统筹分配站场内不同区域的空间提供指导。     

高速铁路线路方案动力学评估研究

研究目的:针对某海外高速铁路线路设计及方案研究需求,为从行车动力性能角度评估及优化线路方案,从而为线路方案决策提供依据,本文采用线路系统动力学分析方法,对线路方案进行评估比选,并探讨适用于线路方案动力学性能评估的指标和方法。研究结论:(1)线路方案的优化在考虑工程经济性的同时需考虑行车动力性能的优化;(2)线路平纵断面参数匹配合理、减少平面曲线及增大曲线半径能有效提高行车动力性能,尤其是增大最小曲线半径,行车动力性能改善明显;(3) Sperling平稳性指标和UIC 513评价方法未能完全涵盖线形引起的低频振动,难以区分线路比选方案在舒适性方面差异性,车体加速度和行车安全性指标频次统计可反映不同线路条件下车辆动力学响应的强弱程度,适用于不同线路方案行车动力性能评估及比选;(4)本文提出的线路方案动力学评估和比选方法可应用于其他类似项目。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

基于SIMPACK的缓和曲线段高速行车动力响应分析

高速铁路列车运行时的安全性、舒适度以及轮轨动力特性与缓和曲线的线型、长度具有较高的相关度。采用动力学分析软件SIMPACK建立高速铁路车线系统模型,在考虑高速铁路存在轨面不平顺的情况下,引入低干扰谱,研究缓和曲线线型及长度对高速列车运行时各主要评价指标的影响。研究表明,对于300 km/h以上的高速列车,当曲线半径达到7 000 m及以上,缓和曲线达到一定长度时,采用三次抛物线型缓和曲线与半波正弦型相比差别不大,均能满足行车安全需求。     

广珠城际铁路线路平纵断面设计参数动力学评估

为了验证广珠城际铁路线路平纵断面设计参数的合理性,利用车辆动力学软件ADAMS/Rail建立高速列车和轨道模型,针对广珠城际铁路具有代表性平纵断面设计参数的一段线路,计算了CRH2型动车组在16 km长的线路上运行时的动力响应,并与现行车辆动力学评价标准进行对比.分析结果表明:在现有平纵断面设计参数条件下,CRH2型动车组以200 km/h的速度运行时的所有动力学指标均为优良,行车安全性和舒适性有足够保障,设计参数合理,满足设计及运营要求.     

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

基于乘客舒适度的悬挂式单轨平面圆曲线参数研究

由于车辆结构的差别,悬挂式单轨平面圆曲线参数与传统轮轨相差较大。为研究合理的圆曲线参数取值,本文运用行驶动力学理论,从乘客舒适度角度,对最小平面曲线半径和最小圆曲线长度等参数进行了计算研究,提出了相应的取值建议。当车辆最大偏转角不大于6. 843°,最大未被平衡离心加速度不大于0. 8 m/s~2,车速为80km/h时,最小平面曲线半径应不小于250 m。由于悬挂式单轨车辆的悬挂结构和参数与传统轮轨车辆存在较大区别,其最小圆曲线长度应不小于2V,是传统轮轨铁路的4倍。后续可在此研究成果基础上,利用车线耦合动力学理论,对乘坐舒适性、车线动力响应、车辆性能与线路参数之间的匹配关系等进行进一步研究,并综合考虑建设成本、运营维修等因素,合理确定各项参数。     

轮对柔性对车辆动态曲线通过性能的影响研究

为了研究车辆系统中轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能的影响,运用多体系统刚柔耦合动力学理论,通过有限元软件ANSYS将轮对柔性化处理后导入多体动力学软件UM中,建立考虑轮对为柔性的某型高速车辆刚柔耦合动力学模型,研究轮对柔性对高速车辆动态曲线通过的各项安全性能指标及平稳性的影响,对比分析不同工况下轮对刚性与柔性对高速车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明:刚柔耦合动力学模型的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和垂向平稳性指数较多刚体动力学模型均有不同程度的降低,而轮轨接触角、轮对侧滚角位移和横向平稳性指数较多刚体动力学模型有所升高。考虑轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能有一定的影响,柔性轮对较刚性轮对更能真实地反映车辆系统的动力学性能。     

两级模糊神经网络在高速列车ATO系统中的应用研究

列车自动驾驶系统(ATO)作为替代司机、实现铁路运输自动化的重要设备,受到国内外铁路科技工作者的广泛关注,它的性能关系到铁路运输系统的安全和效率。一种高效的高速列车控制方法可以很好地满足人们对高速铁路"安全、正点、舒适和快捷"的要求。由于模糊神经网络具有自动提取经验和进行推理的特点,在前人研究的基础上,本文用两级模糊神经网络对高速列车运行过程进行控制。参照当前列车运行速度、线路状况、列车编组、列车时刻表、距目标点距离以及目标点所允许的速度,前一子网模拟优秀司机的操纵可获得在当前状态下应采取的最佳列车运行工况,后一子网根据运行工况、线路状况、列车在线路上位置、列车编组、列车时刻表、距目标点距离和目标点允许速度,得到列车在该工况及当前条件下的运行速度。仿真实验结果表明该方法正确有效,达到了期望的效果。     

近距离空间交叉盾构隧道列车振动响应特性研究

针对目前国内近距离空间交叉盾构隧道工程,采用拟合的列车振动荷载公式,考虑列车的行驶效应,通过在轮轴对上施加振动力时程曲线,同时给予轮轴一定的行驶速度来研究列车振动作用下空间交叉盾构隧道的动力特性。在特定列车行驶速度和围岩条件下,交叉位置对应上下隧道截面的应力和加速度情况进行分析,并对上下交叉隧道纵向不同位置的加速度时程响应进行研究。获得上部和下部隧道交叉截面第一主应力和加速度分布形态及其相对不同交叉净距的变化趋势,揭示了列车在隧道内行驶时,特定观测点出现明显动力响应存在一个对应的影响区,对比下部隧道交叉处(纵向中截面)位置点的加速度响应值与其左右各点相应加速度在数值大小和一阶频率上的区别。研究所得结论对高速铁路空间交叉盾构隧道的设计具有一定的参考价值。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。