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原文传递 250km/h高速铁路不同种类轨道过渡段动力特性研究

论文题名：	250km/h高速铁路不同种类轨道过渡段动力特性研究
关键词：	高速铁路;有砟-无砟轨道过渡段;动力响应;车辆-轨道耦合空间模型;车辆-道岔系统耦合模型
摘要：	近年来，随着高速铁路的飞速发展，列车速度越来越高，对轨道的平顺性要求也随之提高。而过渡段作为铁路线路中的薄弱环节，由于两端结构物之间的刚度差异，在长期累积变形下会破坏轨道结构的高平顺性。因此，研究车辆通过过渡段的动力响应，对实现过渡段刚度平稳过渡，提升列车运行质量有着很大意义。　　本文基于车辆—轨道耦合动力学理论，以中兰客专项目中北滩车站过渡段为原型，在动力学仿真软件 UM(Universal Mechanism)中建立了路桥过渡段与有砟—无砟轨道过渡段相连接的车辆—轨道耦合空间模型以及车辆—道岔系统耦合模型。从几何不平顺与刚度不平顺两个方面，模拟了CRH2型客车以250km/h的速度通过路桥过渡段与有砟—无砟轨道过渡段，以及车辆侧逆向与直逆向通过 18 号高速道岔的动力响应，提取了车体加速度、轮轨力、钢轨加速度、钢轨位移等动力学指标来分析其动力特性。　　主要工作如下：　　(1) 梳理总结国内外高速铁路的历史、过渡段研究现状以及车辆—道岔耦合动力学的发展。在此基础上，依托中兰客专项目，确定本文的研究内容，主要从轨道几何不平顺、刚度不平顺等方面分析车辆以250km/h速度驶入过渡段的动力响应。　　(2) 以北滩车站过渡段为原型，建立车辆—轨道耦合动力学模型与有砟轨道过渡段分析模型，依据文献，验证空间模型的可靠性。　　(3) 在模型仿真中，分别选取理想平顺、德国低干扰轨道谱生成的随机不平顺与吴中城际实测不平顺三种工况，分析车辆在不同随机不平顺下的过渡段动力响应，说明轨道几何不平顺对车辆在过渡段的动力响应影响规律。结果表明，轨道几何不平顺加剧了过渡段处的动力响应，且不平顺幅值处容易形成较大的轮轨冲击力，影响行车安全。　　(4) 基于实际采取过渡措施的路桥过渡段与有砟—无砟轨道过渡段进行动力响应分析。选取突变型，线型，阶梯型与余弦型几种刚度过渡方式，主要从车体加速度、轮轨力、钢轨加速度对比分析车辆在刚度不平顺下的动力响应特征，寻求最佳的刚度过渡方式。由于车体附有的一系、二系弹簧起到了很好的减振作用，刚度不平顺对车体加速度无明显影响。当刚度以余弦曲线过渡时，车辆在过渡段处的轮轨力、钢轨加速度变化范围明显减小，优于突变型、阶梯型以及线型过渡方式。同时研究了行车方向对车辆通过过渡段的影响，结果表明各项动力指标变化不大，在进行动力特性分析时可以不考虑行车方向的影响。　　(5) 在车辆—轨道耦合空间模型的基础上，建立了车辆—道岔耦合空间模型，分别模拟了CRH2型客车侧逆向80km/h与直逆向250km/h通过18号高速道岔，分析轮轨力变化、车辆系统以及道岔系统的动力响应。车辆驶入道岔时，转辙区间的轮轨作用主要为横向振动，垂向振动主要在辙叉区。在转辙区与辙叉区车辆各项动力指标较大，容易发生脱轨。车辆直逆向驶入道岔时，由于连接部分为直线结构，动力响应比侧逆向驶入道岔要小。　　(6) 介绍了过渡段的处理原则以及不同的轨道过渡段处理措施，选取一种措施进行模拟分析，对比说明采取过渡段措施的必要性。
作者：	姚东林
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘永孝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022