运行速度设计法在公路路线设计中的应用

为使公路设计线形尽可能连续、协调,从本质上达到安全设计的目标,保障车辆行驶安全,基于运行速度设计法,探讨了公路平面线形指标、纵断面线形指标、超高指标、视距指标等在公路路线设计中的选取及其与车辆运行安全的关系。通过典型实例,采用运行速度法对山区高速公路线形指标进行检验评价,基于评价结果修正设计参数并采取运行安全控制措施,为运行速度设计方法的应用提供参考。     

高速铁路长大坡道动车组运行性能分析方法

当动车组运行通过长大坡道时,车辆与轨道的耦合振动作用会对列车牵引制动效率产生重要的影响.为更准确地分析动车组列车通过长大坡道时的运行性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑列车牵引制动行为与线路平纵断面的影响,建立高速铁路长大坡道动车组运行性能分析模型,采用线路试验数据对模型进行验证,对比分析三维模型与传统一维模型的差...     

基于拟合平纵断面的铁路特大桥梁线路平顺性评估

合理评价大跨度桥梁挠曲变形是保障桥上铁路行车平稳和舒适的基本前提. 针对当前大跨度桥梁挠曲变形重要评价指标挠跨比的不足,如忽略了挠曲变形对线路平纵断面的影响,本文基于桥梁挠曲变形曲线的规律以及铁路线路线型的特点,采用最小二乘法分别在平纵断面上将桥梁的挠曲变形曲线拟合成线路的标准线型,并依据铁路线路设计规范对其进行评价. 结合国内某特大桥的工程实例,研究发现:在考虑系统振动的最不利荷载工况下,该特大桥的最小竖曲线和平面曲线半径分别为29.3 km和54 km,符合规范要求;设置垂向预拱可以在一定程度上抵消桥梁竖向挠曲,有利于保持轨道结构的平顺性;本方法能从桥上线路平顺性的角度对桥梁的挠曲变形进行合理评价,可用于指导大跨度桥梁设计以保障铁路行车安全.      

公路纵断面线形安全设计

纵断面设计是公路路线设计的重点,是公路安全设计的核心.纵坡坡度和坡长是公路纵断面线形设计的两项重要控制参数,与交通安全有着密切的关系.在纵坡安全影响分析的基础上,通过研究纵坡坡度、坡长及竖曲线与安全性的关系,从纵断面线形设计角度提出改善公路交通安全的具体措施,可为交通安全设计提供技术支持,预防和减少交通事故.     

高速客车安全性的动力学仿真检算

在应用车辆动力学的原理和方法建立客车车辆横向与垂向动力学模型的基础上，对本文推荐的高速铁路线路平面曲线设计标准及参数进行动力学检算，以检验车辆通过曲线的安全性，由此得出了推荐标准及线路参数可行的结论。     

公路纵断面线形安全设计

纵断面设计是公路路线设计的重点,是公路安全设计的核心。纵坡坡度和坡长是公路纵断面线形设计的两项重要控制参数,与交通安全有着密切的关系。在纵坡安全影响分析的基础上,通过研究纵坡坡度、坡长及竖曲线与安全性的关系,从纵断面线形设计角度提出改善公路交通安全的具体措施,可为交通安全设计提供技术支持,预防和减少交通事故。     

高速磁浮线路平纵面设计参数的建议

结合高速磁浮铁路系统的技术特点,分析磁浮线路平纵断面设计参数的确定方法与原则,通过借鉴高速轮轨铁路平纵断面设计参数的研究方法,从舒适度条件出发,提出了高速磁浮线路平纵面设计参数的建议值,为高速磁浮线路平纵面设计提供科学参考.     

一种新型道路缓和曲线的线形分析与评价

缓和曲线作为一种空间过渡曲线,其设计的合理与否直接关系到车辆行驶的平稳性和旅客舒适性。介绍了利用缓和曲线边界条件确定其代数方程式的一种通用方法：根据边界条件列出曲率待定方程,并利用曲率边界条件确定出缓和曲线曲率方程,然后对曲率方程二次积分得到缓和曲线的方程。此方法适用于推导缓和曲线方程,可为公路缓和曲线线形设计提供参考。采用此方法设计出了一种连接直线与直线的新型缓和曲线,并建立5种不同工况,以横向加速度及其时变率为评价指标,对新型缓和曲线和回旋线进行了行驶动力学性能评价,通过比较分析得出这种新型缓和曲线在行驶动力学性能上明显优于回旋线,为高速公路缓和曲线的线形选择提供参考。     

一系垂向悬挂对重载货车轮轨动力作用的影响

为了实现机车车辆低动力作用,基于车辆/轨道耦合动力学原理,应用车辆与线路最佳匹配设计方法和车辆/轨道空间耦合动力学模型,仿真分析了重载货车一系垂向悬挂对轮轨动力作用的影响,优化了一系悬挂参数,降低了重载货车轮轨动力的相互作用.研究结果表明:一系垂向刚度对车辆轮轨动力作用影响甚微,一系垂向阻尼在高量值范围增加阻尼值,减轻轨道结构的振动,加剧车辆本身振动;重载货车一系垂向阻尼取50～500 kN.s/m为宜.     

曲线轨道上重载货车悬挂相对位移的仿真计算方法及应用

为准确求解曲线轨道上重载货车悬挂的相对位移,首先,建立曲线轨道数学模型,推导出曲线外轨超高、顺坡角、侧滚角和中心角随线路长度的变化公式,再根据车辆各刚体部件进出曲线的时间和所处曲线位置差异,编程计算悬挂点刚体间的超高及转角差;其次,以刚体质心为坐标原点建立本体坐标系,分别给出悬挂点在两刚体本体坐标系中的坐标表达式,通过坐标变换法将本体坐标转换到同一坐标系下,计算悬挂点瞬态相对位移;最后,结合车辆曲线动力学仿真程序计算,即可求出车辆曲线通过时各悬挂点的动态相对位移.计算结果表明：车辆悬挂相对位移是车辆参数和曲线轨道参数综合作用的结果,当单独不计线路侧滚角差、顺坡角差、中心角差时,对应悬挂相对位移的最大偏差率可达42.85%、24.03%、71.42%;利用坐标变换结合动力学仿真计算的方法可全面考虑车辆和轨道参数,求解车辆悬挂相对位移更为准确.     

高速铁路桥梁-轨道体系检测监测与行车安全研究进展

为了提升桥梁-轨道结构服役安全性能,保证复杂环境条件下高速铁路结构适应性和行车安全舒适性,研究了高速铁路桥梁-轨道体系检测监测装备的改进与优化,分析了桥梁-轨道结构服役性能动态演变规律,总结了复杂条件下桥上行车安全评价与预测方法,展望了未来研究重点与方向.研究结果表明:在桥梁-轨道体系检测监测技术方面,现有研究聚焦于传...     

基于列车振动的高速铁路桥墩沉降控制阈值

为保障高速铁路桥墩沉降区域的列车运行安全平稳性,提出了一种基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的高速铁路桥墩沉降控制阈值研究方法;探讨了既有标准中的桥墩沉降限值,并确定了影响桥墩沉降控制阈值的关键因素;基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,考虑轨道随机不平顺、轮轨非线性接触关系等非线性因素,建立了考虑桥墩沉降和多影响因素的高速列车-轨道-桥梁耦合动力学模型;在此基础上,研究了多因素条件下桥墩沉降对列车-轨道-桥梁系统的影响,并从保证列车安全平稳运营的角度提出了适用于中国高速铁路桥墩沉降的控制阈值。研究结果表明:研究高速铁路桥墩沉降控制阈值时不能忽略轨道随机不平顺、温度作用、混凝土收缩徐变等因素的影响;随着桥梁跨度的增大,混凝土收缩徐变和温度作用导致车体垂向加速度和轮重减载率增大,桥墩沉降则导致上述指标减小;考虑多因素后,车体垂向加速度和轮重减载率与不考虑这些影响因素相比明显增大;随着桥墩沉降的增大,列车通过不同不平顺样本时车体垂向加速度和轮重减载率均超标;为保证列车运行安全性与乘坐舒适性,高速铁路桥墩沉降控制阈值建议为10 mm;在本文得到的控制阈值基础上进一步考虑施工误差等其他因素即可得到准确的标准限值,研究结果可为桥墩沉降限值的最终确定提供研究方法和数据支撑。      

高速铁路道岔系统理论与工程实践研究综述

为了促进高速道岔行业的发展,系统梳理了各国高速铁路道岔领域(包括部件选型与结构设计理念、高速列车/道岔耦合动力分析理论、不同线下基础道岔无缝化设计方法、合理刚度及均匀化设计方法、长大轨件转换计算理论、关键联结部件动静力强度分析、动力学性能测试技术、道岔侧股平面线型与结构设计、制造与铺设、维护与管理等)的学术研究现状、存在问题、具体对策及发展趋势.要适应未来轨道交通技术的发展,高速道岔仍面临着严峻的技术挑战,例如,更高速度的下一代高速道岔在复杂环境下的适应性、全寿命周期设计、轮轨匹配与车/岔动态性能优化、新材料和结构的研发与应用、状态实时获取与性能评估、健康管理及故障预测、能效保持等问题,需要深度融合先进材料与制造、智能与自动化、大数据与云计算、精密测控与效能提升等前沿技术,着力提升我国高速铁路道岔技术领域的原始创新能力.通过现状剖析、问题导向,以期为铁道工程学科的学术研究与技术创新提供新的视角和基础资料.      

有砟高铁捣固作业轨向平顺性控制方法

为了提升有砟高铁捣固作业质量以满足平顺性控制要求，根据大机作业特征分析了拨道效果影响因素，研究了拨道量范围、拨道策略、拨道量顺坡率、设备精度与作业效果之间的影响关系；结合影响因素分析结果，基于中长波平顺性控制理论建立了拨道方案优化模型，提出了基于拨道量相关性的拨道效果评价方法，实现拨道效果影响因素与拨道方案制定过程的有效结合；在某高速铁路有砟轨道捣固作业之中，验证了轨向平顺性控制方法的有效性。研究结果表明:拨道量过大或过小、拨道量顺坡率超标、拨道策略不利、设备精度不良均容易造成大机拨道作业效果不佳，需在拨道方案制定过程中加强对这些因素的控制和管理；通过在轨向平顺性控制中引入拨道量调整系数，并有效控制中长波不平顺、拨道量限值等参数，可提高计算模型对捣固车固有作业特性的适应能力；基于该方法制定了某作业区段的拨道方案，方案满足轨道平顺性管理要求，符合大机作业特点；采用该方案实施作业后，轨向30 m矢距差降至2 mm，300 m矢距差降至7 mm，降幅分别达到50%和48%；静态轨道质量指数由0.89降至0.64，降幅28%，实践证明提出的轨向平顺性控制方法可有效提升高速铁路有砟轨道平顺性。      

轨道刚度的影响分析及动力学优化

应用轮轨系统动力学的频域分析方法,研究了轨道刚度对轨道动力特性的影响规律.提出了轨道动力参数对轨道刚度的敏感系数的概念,依据敏感系数的特性,初步建立了轨道总刚度取值、扣件与道床刚度比值的动力学优化分析方法.作为算例,对我国高速铁路的轨道刚度进行了初步优化分析,认为轨道总刚度合理取值范围为62.0～86.9kN/mm,扣件与道床刚度的最优比值约为0.5.     

高速铁路运价制定的系统动力学模型及仿真

为合理地制订高速铁路运价，建立了高速铁路运价制定的系统动力学流程图．在此基础上，构建了模拟模型和模型的主要方程．在运价的制定过程中，可利用该模型进行模桫和控制系统参数，并可比较充分地反映决策研究人员的意见，具有较好的可控性和灵活性．以京沪高速铁路运价的制定为例进行了仿真模拟．模拟结果表明，运价的发展趋势以及它对运输总收入、运输利润的影响与构建的系统动力学因果关系是一致的，说明基于系统动力学的高速铁路运价测算模拟模型是有效的．     

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题, 运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、数值仿真模型与列车-轨道-连续梁桥-路基耦合动力学理论对对应关系进行了验证,并统计了地震作用下轨道-桥梁系统的损伤规律;基于提出的对应关系求得了考虑地震损伤的轨道不平顺样本,并采用数值仿真模型对其进行验证。研究结果表明:提出的对应关系与数值仿真模型求得的桥梁变形引起的轨道不平顺及现场实测值吻合较好,最大误差不超过5%,且轨道不平顺作用下车-桥动力学性能指标变化也基本一致,验证了本文提出的对应关系的正确性和有效性;地震作用下轨道-桥梁系统层间各部件的损伤较小,而支座的损伤较大,系统部件最大损伤位置在主梁梁缝处,但也仅约为支座损伤的1%;在不同水准地震作用下,采用提出的对应关系和数值仿真模型计算的地震损伤与轨道不平顺的对应曲线均吻合良好,说明提出的对应关系可用于计算与预测地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统的轨道平顺性。      

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

高速铁路接触网研究进展

接触网与受电弓之间动态性能是影响列车运行的重要因素之一,高速铁路中接触网的不良状态直接影响牵引供电系统对动车组的供电安全.论文系统地讨论了高速铁路接触网研究的4个方面,即接触网的初始平衡态求解、接触网动力学建模、接触网非接触检测和接触网静态动态评估,并给出了目前高速铁路接触网研究的最新进展:针对接触网的初始平衡态求解精度不高的问题,通过引入多目标约束的结构找形方法和非线性有限元过程进行求解;在接触网动力学建模方面,考虑环境风对接触网影响的问题,通过环境风模拟和风洞实验获得气动力系数,建立沿线风场进行接触网风振特性分析;对于接触网非接触检测算法的精度不高问题,基于深度学习理论的检测技术和实时图像检测算法是今后发展方向;针对目前接触网动态评估方法缺乏的问题,现代谱估计、时频分析和大数据技术及其融合将是今后接触网评估的重要手段.