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原文传递高速铁路线路参数分析及其行车动力特性研究

论文题名：	高速铁路线路参数分析及其行车动力特性研究
关键词：	高速铁路;线路参数;缓和曲线;平竖曲线重叠;加速度时变率;轨道几何形位偏差
摘要：	高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势，提高列车速度是铁路赖以生存和适应社会发展的唯一出路。随着列车速度的提高，在相同条件的线路上，列车与线路之间相互作用关系发生变化，列车的垂向和横向加速度增大，列车各种振动的衰减距离延长，各种振动叠加的可能性提高，相应的列车运行安全性和旅客乘坐舒适度更为敏感。同时，由于高速列车动力性能的改善与铁路线路结构的强化，高速铁路的轨道几何形位具有易于保持的特点。高速铁路线路参数选择是否合理，一方面对列车运行安全性和旅客乘坐舒适度有影响，另一方面还会对工程造价造成影响。针对高速铁路线路参数问题进行的深入研究对丰富高速铁路设计理论和工程应用均有重要的意义，也是目前国内外铁路领域的研究热点之一。　　国内外学者针对高速铁路线路参数的设置问题已经做了许多理论研究和试验工作。本文在对其归纳总结和综合分析的基础上，采用理论分析、现场试验与数值模拟相结合的方法进行研究。所做的主要工作有：　　1.对国内外高速铁路的线路参数设置情况进行概要总结，重点归纳整理缓和曲线的理论与类型，并提出了一种代数方程式缓和曲线的设计通用方法，给出不同连接方式的缓和曲线计算公式。　　2.基于行驶动力学理论，将列车简化为1个质点，假设车辆与轨道完全跟随运行，推导出考虑列车加减速行驶的车体横向加速度时变率、车体侧滚角速度时变率计算公式。对不同工况下几种缓和曲线线型力学性能变化情况进行了理论分析。计算结果表明：考虑列车加减速行驶的曲线上车体横向加速度时变率和车体侧滚角速度时变率计算公式可用于不同缓和曲线线型的比选，理论上高次缓和曲线对提高旅客舒适度比三次抛物线型缓和曲线更具有优势。　　3.采用商业软件与自编程序相结合的方法进行高速车辆.线路动力学仿真工作。在对比分析几个比较著名的机车车辆动力学分析软件基础上，最终选择使用UM软件建立高速车辆动力学模型，再利用MATLAB软件编程建立线路模型，并计算生成适用的轮轨接触模型。　　4.结合工程实例开展高速列车通过铁路缓和曲线与竖圆重叠地段现场试验，并建立对应的动力学模型进行相应的仿真计算。结果表明：轮轨垂直力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等指标测试数据与仿真计算结果互有大小，但都在同一量级范围内，变化趋势一致。通过测试结果，一方面对线路参数设置的合理性进行了验证，另一方面也验证了所建立的高速车辆.线路动力学仿真模型的有效性。　　5.运用行驶动力学理论和空间几何理论，从空间曲线的角度去考察平面曲线与竖曲线重叠设置问题。在分析平竖曲线重叠设置后线路各空间几何量和物理量与未重叠时关系的基础上，推导出平竖曲线重叠情况下，列车通过曲线时的各种评价指标理论计算公式。通过理论分析并与仿真计算结果相对比，分析了不同工况下平竖曲线重叠对列车运行安全性和旅客乘坐舒适度的影响。计算结果表明：高速列车通过平面曲线与竖曲线重叠区段时，竖曲线起终点处较为不利。凸形竖曲线与平面圆曲线重叠，较大程度恶化了列车运行安全性和旅客乘坐舒适度，而凸形竖曲线与平面缓和曲线重叠的影响相对较小。相对而言，凹形竖曲线与平面曲线重叠，一定程度上能够改善列车运行安全性和旅客乘坐舒适度。因此，建议应区分不同类型平竖重叠情况制定相应的平竖重叠设置条件。　　6.基于建立的高速车辆-线路动力学仿真模型，采用车体横向加速度及其时变率、车体垂向加速度、轮轨垂直力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等评价指标，系统地研究了高速铁路线路参数对车线动力响应的影响规律，主要包括缓和曲线线型与长度、外轨超高、圆曲线半径、夹直线和圆曲线长度、竖曲线长度和坡段长度、竖曲线与缓和曲线间距离、平竖曲线重叠等：并对高速行车条件下轨道几何形位偏差大小及形式对车线动力响应的敏感性影响情况进行了研究。
作者：	李向国
专业：	道路与铁道工程
导师：	王海龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文