高速列車過曲線安全性分析

寇麗君

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132200）

1 車輛動力學(xué)基本理論

鐵路的發(fā)展歷史已經(jīng)接近200年，現(xiàn)在軌道車輛應(yīng)用最為管飯的就是旅客和貨物運輸。由于車輛運行速度不斷提高，安全和舒適是人們一直關(guān)心的核心問題。這就對高速列車的車輛動力學(xué)特性設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求，需要探明一系列影響列車運行安全的關(guān)鍵問題，諸如如何有效識別影響車輛舒適度和脫軌問題的動力學(xué)參數(shù)匹配問題等，以確保列車良好的安全特性。對于脫軌和蛇形運動問題需要了解車輛的輪軌參數(shù)匹配和其他動力學(xué)特性參數(shù)設(shè)置。

SIMPACK軟件可以解決目前幾乎所有的鐵路車輛的動力學(xué)仿真問題，滿足在頻域或時域中的車輛動力學(xué)仿真計算，其高效的建模操作和仿真速度，使SIMPACK成為鐵路行業(yè)仿真分析的領(lǐng)導(dǎo)者。

隨著列車向快速化及高速化方向發(fā)展，綜合解決車輛直線運動穩(wěn)定性和曲線通過性能的方法、途徑和技術(shù)措施將會繼續(xù)成為廣大鐵路研究人員研究的熱點之一。

2 分析模擬過程

（1）利用動力學(xué)分析軟件SIMPACK建立動車組模型。

（2）建立線路模型。輪軌建模主要包括以下幾個方面：

①車輛在直線軌道上或在帶有水平和垂直曲率的曲線軌道上運行。

②計算車輛的加速度

③單個輪對的接觸問題

④前后車輪踏面的接觸問題

⑤輪軌踏面接觸區(qū)的平滑處理，為了避免輪軌接觸力的非平滑過度。道岔通過性能。

⑥軌道外形的前處理及應(yīng)用。

最后建立一條完整的曲線直線——緩和曲線——圓曲線——緩和曲線——直線。其中各組成部分長度為：直線L1=200m;緩和曲線L2=300m;圓曲線L3=1000m;緩和曲線L4=300m;直線L5=200m。圓曲線半徑：R=1000m。曲線超高值：h=0.15m（設(shè)定運行速度≥120km/h）。

為了更好地對車輛實際運行工況進(jìn)行仿真，還需要對線路設(shè)置軌道不平順。在SIMPACK中，軌道隨機(jī)不平順可以作為激勵的形式作用在整車上。本次設(shè)計計算以美國5級（America5）線路軌道譜為激勵，采用Track-related的形式進(jìn)行定義。

表1 防止脫軌穩(wěn)定性的評定標(biāo)準(zhǔn)（GB5599-85）

3 計算、求解

為確定列車通過曲線的最高速度范圍。首先定義初始速度。選擇Globals→Vehicle Globals，定義初始車速為V1=220km/h，定義求解器。選擇Solver Settings→$SLV_Solver－Settings，

仿真時間為60 s，采樣頻率設(shè)置為200 Hz，保存模型，點擊離線積分，開始計算。計算無誤后，可以進(jìn)行計算結(jié)果分析。

重復(fù)上面過程的過程，設(shè)定初始速度V2=250 km/h，仿真時間為48s。計算無誤后，進(jìn)行計算結(jié)果分析。

繼續(xù)重復(fù)上面的過程，設(shè)定初始速度 V3=100 km/h，仿真時間為80s，計算無誤后，可以進(jìn)行計算結(jié)果分析。

4 安全性分析

打開SIMPACK軟件后處理SIMPACK Post9.7，選擇上一節(jié)計算得到的結(jié)果文件，分別分析初始速度V=120km/h下的安全性。把輪軌垂向力Q、脫軌系數(shù)Y/Q，分別繪制在不同的Page，根據(jù)表1得出當(dāng)車輛運行通過圓曲線半徑為R=1000m，曲線超高值為h=0.15m的曲線線路時，運行速度應(yīng)該在220km/h左右，可以更安全地通過曲線。最低速度不能小于100km/h，最大速度不能大于250km/h。