1、重載列車縱向動(dòng)力學(xué)與縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系彭敬,大綱,重載列車縱向動(dòng)力學(xué),縱向動(dòng)力學(xué)與縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系,縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù),結(jié)論與建議,重載列車縱向動(dòng)力學(xué),提速和重載是我國鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向。發(fā)展重載運(yùn)輸以及成為中國乃至全世界鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹鞴シ较蛄耍欢S著列車牽引重量的提升和編組長度的增加，從而導(dǎo)致其縱向沖動(dòng)問題十分突出，會(huì)加重?cái)嚆^或擠壓而脫軌等危險(xiǎn)傾害。,考慮列車運(yùn)行的安全性，需要對列車縱向動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行研究，完善分析模型，對車輛的合理設(shè)計(jì)、安全操縱和優(yōu)化等具有重要的指導(dǎo)意義。,縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù),重載鐵路由于列車軸重的增加，對線路的破壞影響較大。改善線路的基本參數(shù)，特別是減緩線路的限制坡度、

2、加大最小曲線半徑，是各國改造重載運(yùn)輸線路、適應(yīng)列車軸重提高的重要方面。,實(shí)際工程中縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)制約著線路工程經(jīng)濟(jì)特性,合理的縱斷面設(shè)置至關(guān)重要。大軸重重載列車縱向動(dòng)力學(xué)模型,研究了不同線路條件、不同牽引工況下縱斷面參數(shù)與縱向動(dòng)力性能之間關(guān)系。,1.坡度差代數(shù)差的影響,設(shè)變坡點(diǎn)前后兩相鄰坡段的坡度為 和 則此相鄰坡段的坡度代數(shù)差 （簡稱為坡度代數(shù)差或坡度差)可表示:,總結(jié)了最大車鉤力 與坡度差 之間的變化規(guī)律，在國內(nèi)首次提出臨界坡度代數(shù)差 、計(jì)算坡度代數(shù)差 、允許坡度代數(shù)差 、最大坡度代數(shù)差 的概念和觀點(diǎn), 推導(dǎo)出了計(jì)算公式, 建立了坡度代數(shù)差的新理論體系。,在最大車鉤力與坡度差的關(guān)系曲線中,

3、 很明顯存在一臨界點(diǎn) 當(dāng) 時(shí)兩者為線性關(guān)系，且各條直線的斜率也大體相同，但當(dāng) 時(shí)則最大車鉤力以較大的變化率迅速增加, 且發(fā)生部位也由列車前部的第一位車鉤逐漸向列車中部轉(zhuǎn)移。,此臨界點(diǎn)所對應(yīng)的車鉤力約等于此時(shí)的機(jī)車牽引力, 且第一位車鉤位于變坡點(diǎn)附近。此臨界點(diǎn)所對應(yīng)的坡度代數(shù)差稱為臨界坡度化數(shù)差 ，其計(jì)算公式為：,一般情況下, 坡度代數(shù)差應(yīng)不大于計(jì)算坡度代數(shù)差; 困難情況下, 應(yīng)不大于最大坡度代數(shù)差。建議最大坡度代數(shù)差取為限制坡度的2倍值,臨界坡度差 是在保證列車的最大車鉤 不迅速增加的情況下, 坡度代數(shù)差的最大值， 是 與 的總體最佳值。列車以計(jì)算速度 運(yùn)行時(shí)所對應(yīng)的臨界坡度代數(shù)差稱為計(jì)算坡度

4、代數(shù)差,記作 。,2.線路坡度的影響,為了在總體上把握線路坡度 對最大鉤車力 的影響，先考察變坡點(diǎn) 不同組合時(shí)的情況。當(dāng) ，則表明變坡點(diǎn)取消, 列車在同一坡道上運(yùn)行。在單一坡道上, 坡度對 的影響很小,比如坡度從-6增加到2， 只增加0.4，是可以忽略不記的。坡度差相同時(shí)， 不管相鄰坡度如何組合，最大車鉤力均發(fā)生第一車鉤，且值變化不大。,從-6變化到2， 只增加2.7。 時(shí)， 變化率將顯著增加，例如當(dāng) 從10變化到18時(shí)， 將增加9.7。一般來說 ，坡度對 影響忽略不計(jì)。坡度差相同時(shí), 不管相鄰坡度如何組合, 最大車鉤力及其發(fā)生部位均大體相同。由此可見, 坡度對最大車鉤力的影響是以i為臨界點(diǎn)的

5、。,3.坡度長度的影響,現(xiàn)取凸型縱斷面的分坡平段研究 的動(dòng)力響應(yīng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著坡段長度 的增加，最大車鉤力 逐漸下降,短時(shí) 下降較快， 越長時(shí)下降速度較慢，當(dāng)坡段長度大于 時(shí)， 將趨于平穩(wěn)不再變化。另外，當(dāng)分坡平段兩側(cè)坡度 越大， 則越大。仿真實(shí)驗(yàn)中取 內(nèi)燃機(jī)車牽引 時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖,坡度長度對 的影響,按照 機(jī)車的計(jì)算牽引力和列車牽引質(zhì)量Q推算, 仿真實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)的限制坡度 位6.4，臨界坡度代數(shù)差 為8.2，當(dāng) ,此時(shí)的臨界坡度差為計(jì)算坡度差 ，由圖可以看出，一般情況下（ ），坡段長度 對最大車鉤力 的影響很小，曲線變化幅度很小。但當(dāng) 后，對,的影響就逐漸增大，然而增大的比例并不是很大。例如

6、對于i=6的曲線，當(dāng) 時(shí)實(shí)際上是將兩個(gè)反方向坡度直接相接，此時(shí) 為12，接近于限制坡度的2倍， 與 時(shí)相比只增加2.2。但是目前鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)中的坡度代數(shù)值不大于限制坡度，并且坡段長度不能太短（一般坡段長度不短于半個(gè)列車長，特殊情況下才可取至200m）因此，一般情況下，對上述的仿真條件，坡段長度對最大車鉤力的影響小于2.2,，是可以忽略不計(jì)的。 坡段長度對列車最大縱向力的影響是以臨界坡度差為分界的。當(dāng) ，對 的影響極小；但是當(dāng) ，其影響就會(huì)增大。但是總體來說坡段長度對列車縱向力的影響不大。故可放寬對最短坡段長度的限制, 建議一般情況下, 坡段長度不短于列車長度的 ，并不短于200m。

7、,4.豎曲線的影響,列車縱向仿真系統(tǒng)（LQD）對不同坡度 和不同豎曲線半徑 所對應(yīng)的最大車鉤力 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以看出隨著 的減小和兩側(cè)坡度 的增大, 最大車鉤力 也逐漸增大。 4.1坡度差不同時(shí)的影響 豎曲線對 的影響也是以臨界坡度差為分界點(diǎn)的。當(dāng) ， 對 影響較小，影響率一般不超過2，并且 一般也發(fā)生在第一車鉤。而當(dāng),后, 其影響就逐漸增大了。例如, 當(dāng) 時(shí) 對 的影響為1.3， 時(shí)為1.8。 時(shí)為8，當(dāng) 時(shí)則上升為24。經(jīng)分析 對 的影響變化率符合拋物線變化規(guī)律。另外，可以得到，當(dāng) 后， 的發(fā)生部位隨著 的增加逐漸向列車中部轉(zhuǎn)移。這是符合臨界坡度原理。,豎曲線半徑對最大車鉤力的影響（ ）

8、,4.2豎曲線半徑不同時(shí)的影響 豎曲線半徑 越大， 越小。當(dāng) 較?。ɡ?）， 與 大體是線性關(guān)系，下降速度較快；當(dāng) 下降速度越來慢；當(dāng) 后， 對 幾乎就沒有影響了。如果要有效地降低車鉤力峰值方面考慮，豎曲線半徑不必過大，一般情況 。 4.3豎曲線半徑對列車縱向力分布的影響,在目前鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范對坡度差的取值要求較嚴(yán)的條件下, 豎曲線半徑對減小車鉤力及改善車鉤力分布影響不大。但考慮到將來坡度差的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)放寬、列車運(yùn)行速度提高及行車安全、舒適等要求, 建議豎曲線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下： 、級鐵路為15000m;級為10000m;困難情況下可分別減至10000m與5000m。,結(jié)論與建議,為了研究鐵路線路

9、縱斷面參數(shù)的動(dòng)力響應(yīng), 我們利用列車縱向運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn), 得到了如下的主要結(jié)論： （1）坡度代數(shù)差對列車最大縱向力的影響是以臨界坡度代數(shù)差 為臨界點(diǎn)。當(dāng) 后，最大車鉤力將迅速增加，且其發(fā)生部位也由第一位車鉤向,列車中部轉(zhuǎn)移。 （2）臨界坡度差在車鉤力與縱斷面參數(shù)的關(guān)系中居核心地位。對于各縱斷面參數(shù)， 時(shí)，對車鉤力的影響較小，當(dāng) 后, 其影響則迅速增加。 （3）在變坡點(diǎn)處, 只要坡度差相同, 不管兩側(cè)坡度組合如何變化, 最大車鉤力及其發(fā)生部位均大體相同。 故可以認(rèn)為: 一般情況下, 最大車鉤力與線路的起始坡度基本無關(guān)。 (4)當(dāng)前坡度差的允許取值較小的情況下,坡段長度,對最大車鉤力的影響并不顯著。綜合考慮,可將坡段長度的最短標(biāo)準(zhǔn)取為列車長度的 ，并不短于200m。 （5）一般情況下, 豎曲線對列車最大車鉤力及縱向力分布影響不大。當(dāng) 后，設(shè)置豎曲線可以降低