高速铁路线路线形动力仿真及乘坐舒适度评价

建立了面向线路线形分析的车辆-线路动力相互作用模型,并开发了相应程序。其次,分析了适用于线路线形动力仿真的乘坐舒适度评价指标和方法。最后,对最小坡段长度和圆曲线半径对乘坐舒适度影响进行了分析,从动力学角度得到了高速铁路线形核心参数合理取值。研究成果可为高速铁路线形参数合理选取和线路方案动力评价及优化提供理论依据和分析手段。     

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。     

基于工程综合优化技术的高速铁路最小圆曲线半径研究

线路最小圆曲线半径不仅影响着列车的运行安全、旅客舒适等行车质量指标,而且还影响行车速度、运行时间等运营技术指标和工程投资、运营支出和经济效益等经济指标。合理的选择线路曲线技术标准,使前期工程建设投资与后期运营维护投资之间维持相对平衡,是一项十分有意义的课题。综合车线耦合动力仿真与工程综合优化技术,建立一种全新的铁路线路最小圆曲线半径研究方法,综合考虑了铁路建设中必须考虑的四项因素--稳定、安全、舒适、经济。克服了基于动力学仿真计算结果缺乏经济性保证的弊端,以及传统计算方法无法综合考虑各设计参数之间相互关联的缺点。对我国铁路线路最小圆曲线标准的选取具有一定的参考意义。     

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。     

山西中南部铁路通道发鸠山隧道改线方案动力学优化

依托山西中南部铁路通道工程,建立车线系统动力学模型,选取典型区段线路设计方案进行全面的动力学评估。以发鸠山隧道改线方案原设计和优化后设计的线路平纵断面参数作为线路条件,对比30 t货车和客车通过时的动力学性能指标,给出适用于30 t大轴重的重载铁路圆曲线半径建议值,可供未来重载铁路线路设计参考。     

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。     

列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究

针对地铁曲线段出现的钢轨波磨问题,利用车轨动力学模型研究了转向架一系横向及纵向刚度、轮轨摩擦系数、曲线半径、超高、轨距、轨道横向及垂向支撑刚度等参数对曲线轮轨磨耗的影响,结果表明:(1)适当减小转向架一系纵向刚度可显著降低曲线段轮轨磨耗;(2)轨面摩擦系数由0.5降低至0.3,轮轨磨耗指数可降低约25%;(3)轮轨磨耗随曲线半径的减小呈指数式增长;(4)线路超高、轨距对轮轨磨耗影响较小,进而提出曲线钢轨波磨的防、治措施建议:(1)适当降低轮轨间摩擦系数、提高钢轨硬度、加宽曲线段轨距和开展曲线轨道磨耗信息化管理等措施,可缓解既有线曲线钢轨波磨;(2)优化车辆一系横向及纵向刚度、增大线路曲线半径、避免小半径"S"形曲线、设置曲线欠超高、降低轮轨间摩擦系数等措施,可对新建线路曲线钢轨波磨进行预防。     

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.     

地铁曲线波磨地段轮轨动力特性影响因素

针对地铁小半径曲线地段的钢轨波磨问题,建立地铁车辆-曲线轨道空间耦合动力学模型,分析曲线半径、行车速度、轮轨摩擦系数等参数对轮轨动力特性及钢轨波磨的影响.为控制钢轨波磨发展,对地铁线路的设计、运营和维护提出了建议.结果表明:曲线半径从800 m减小至300 m时,磨耗功率均方根增大2.7倍,标准差增大85％,过小的曲线...     

地铁站端平面曲线布置与设计速度关系研究

地铁设计规范中对缓和曲线进入有效站台长度未做详细规定,仅根据车辆与站台门间隙控制计算得出曲线进站处的最小曲线半径,但未考虑曲线超高限速的影响。基于规范中规定的车站站台有效长度范围内曲线超高不应大于15 mm,推导出缓和曲线进站长度与曲线超高限速对应关系的公式,并结合行车牵引计算,应用推导的公式进行方案比选研究。在线路平面设计过程中,缓和曲线进入有效站台首先应满足车辆与站台门间隙的要求,其次应结合缓和曲线进站长度与曲线超高限速对应关系的公式以及行车牵引计算结果,合理配置半径及缓和曲线,尽量降低或避免曲线超高限速的影响。     

A-1-A轴式动车安全通过小半径曲线限速分析

针对某A-1-A轴式动车组,采用多刚体系统动力学软件SIMPACK建立了该动车的动力学模型,对不同速度、超高、不平顺和曲线半径工况下动车通过小半径曲线动力学性能进行仿真分析,得出了动车通过不同半径曲线时理论最高通过速度。结果表明:动车通过小半径曲线时,最高限速主要受外轨超高、曲线半径、不平顺及横向力极限值等多因素的影响,当横向力在安全限值内时,其它指标均能满足要求,因此,动车通过具有不平顺小半径曲线限速按照最大轮轴横向力极限值进行评定;增加超高,可略提高动车曲线通过速度;增大曲线半径和改善线路不平顺,均可提高动车曲线通过速度。当线路条件很差时,不平顺是影响动车动力学性能的主要因素,减速不能改善运行安全性,应维修线路。     

基于舒适度的高速铁路线路设计与优化

研究目的:为了进一步提升高速列车旅客乘坐舒适度,在加快改进高速列车性能的同时,更要注重高速铁路线路的设计与优化。为此,针对高速铁路线路参数与舒适度关系进行系统的分析和研究。研究结论:(1)建立了基于线路参数的舒适度评价模型,并确立了相应的评价区间;(2)根据《高速铁路设计规范(试行)》(TB 10621—2009)进行线路参数设计时,既要考虑线路的实际地形及工况,同时还要兼顾旅客舒适度的要求,选择合理的平、竖面曲线参数,才能设计出相对比较合理和旅客满意的线路;(3)通过对基于旅客舒适度的平面曲线半径设计与优化理论的分析和研究,得出了不同设计速度下的平面曲线半径最小推荐值;(4)该研究成果可为今后高速铁路线路设计与优化提供指导。     

地铁12号道岔线形优化设计研究

研究目的:为提高地铁12号道岔的侧向通过能力,本文基于质点运动基本参数法提出4种平面线形设计方案,建立地铁车辆道岔耦合动力学模型,对比分析地铁道岔既有方案和优化方案下车辆-道岔系统的动态相互作用特性。研究结论:(1)地铁道岔直线段尖轨长度、转辙角、导曲线半径是影响侧向通过能力的主要因素,既有方案的导曲线半径较小,是限制其侧向通过能力的主要原因;(2)较大的导曲线半径一方面能够提高车辆侧向通过道岔的能力,另一方面则会增大道岔长度,不符合城市地铁发展的要求;(3)推荐使用方案一提高道岔侧向通过能力,方案一导曲线半径为400 m,道岔全长37.8 m,该方案能够提升道岔侧向通过能力且不会增大道岔长度;(4)本研究成果能够为提升地铁道岔侧向通过能力提供依据。     

一种小半径曲线桥上无缝线路稳定性加强方案研究

针对小半径曲线桥上无缝线路稳定性问题,提出一种无缝线路稳定性加强方案,建立了考虑护轨作用的计算模型,通过修改计算参数,分析护轨本身和加强方案对桥上无缝线路稳定性的影响。结果表明:考虑护轨的影响,曲线半径小于600 m地段的无缝线路稳定性会被降低;在加强方案下,曲线半径大于250 m地段的无缝线路稳定性均能够得到提高,且随着曲线半径增大,提高量显著增大;加强方案下的护轨横撑槽钢强度能够满足要求;建议在进行小半径曲线桥上无缝线路稳定性分析时考虑护轨的影响,采用60 kg/m钢轨护轨的对桥上无缝线路稳定性影响的效果要好于采用50 kg/m钢轨护轨。     

基于不确定型决策方法的铁路方案优选

研究目的:对于铁路路径的选择,一般存在多方案比选,本文主要研究基于不确定型决策方法的铁路方案优选。首先,摒弃传统的主观定性的决策方法,研究各种定量决策分析方法,并选择不确定型决策方法作为本文理论方法;然后,在不确定型决策方法中,深入了解"好中求好"、"坏中求好"以及α系数决策方法等三种不确定型决策方法的实施原理;最后,分别利用这三种不确定型决策方法对华中至蒙西地区煤运通道平江至新余段线路方案进行比选,并深入分析各比选结果,得出适用于铁路线路方案比选的理论方法。研究结论:(1)对于铁路选线决策的难点,本文在理论上研究了客观定量决策分析方法;(2)通过三种客观决策方法的比较,本文选取的α系数决策方法为适用于铁路选线的决策方法;(3)通过α系数决策方法的计算,代入工程实践,得出了华中至蒙西地区煤运通道平江至新余段线路的推荐方案,与现阶段施工方案相同;(4)基于客观定性方法的α系数决策方法可为速度目标值较低的货运铁路选线提供参考与借鉴。     

时速140km轨道车动力学性能仿真分析

运用机车车辆一轨道耦合动力学理论及其动力学仿真软件TTISIM，仿真计算了140km／h轨道车在弹性轨道结构上的整车动力学性能，并根据铁道机车车辆动力学性能评定标准和规范对该轨道车动力学性能作了全面、综合评估。研究结果表明：该轨道车非线性临界速度较高，具有较大的稳定性裕度；所有止挡间隙均能满足通过最小半径曲线时的要求；动态曲线通过时的安全性指标能够满足安全行车要求；在直线轨道上运行时车体平稳性指标属于合格及以上等级；以50km／h侧向通过12号固定辙叉道岔时的安全性指标均在合格限值范围之内。     

重载列车曲线通过性能研究

为了解决重载列车动力学仿真过程中遇到的自由度繁多的问题,本文利用一种在三维空间将列车系统耦合起来的建模及求解方法--基于循环变量的模块化方法对重载列车曲线通过安全性能进行研究.分析表明:位于曲线线路不同区段转折点上的车辆,其动力学性能差于其他位置的车辆,列车曲线通过性能与曲线线路位置密切相关;曲线半径及缓和曲线长度等因素对重载列车动力学性能有重要影响.     

虎跳峡金沙江大桥方案研究

研究目的:虎跳峡金沙江大桥为丽香铁路的重点控制性工程。大桥桥址位于环境敏感区、高烈度地震区及断裂发育带,需要综合线路走线、环保、地形、地质情况及金沙江中游水电开发规划的影响,选择虎跳峡金沙江大桥的合理桥位及桥式方案。研究结论:(1)虎跳峡金沙江大桥的8号桥位416 m上承式钢桁拱桥是最优的工程方案,27号桥位(98+660+98)m钢桁梁悬索桥可以为规划中的水电开发预留条件,整体上经济、社会效应更好;(2)上承式钢桁拱桥承载能力高、刚度大、造型优美,适用于高山峡谷地形,但其拱肋位于结构下方,影响桥下蓄水及通航;(3)钢桁梁悬索桥抗震性能好,结构刚度能满足铁路列车的行车要求;(4)研究成果对于高山峡谷区大跨度铁路桥梁的桥位桥式比选有较好的借鉴意义。     

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。