探討鐵路選線設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)及優(yōu)化分析

張 希

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

探討鐵路選線設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)及優(yōu)化分析

張 希

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

隨著我國鐵路的行駛速度在不斷的提升和軸重的持續(xù)加大，在線路設(shè)計(jì)當(dāng)中要給予動(dòng)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)以及優(yōu)化工作的高度重視。本文章將深入探討動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)當(dāng)中的原理和方法，而且建立了線路動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的體系，也提出了區(qū)段線路動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)及優(yōu)化的措施。用線路動(dòng)力學(xué)性能指數(shù)對(duì)線路設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力性能進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，用“影響度”表示線路設(shè)計(jì)參數(shù)的變化對(duì)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的影響程度，可用于指導(dǎo)對(duì)線路設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

鐵路；選線設(shè)計(jì)；動(dòng)力學(xué)；評(píng)價(jià)；優(yōu)化

前言

選線設(shè)計(jì)是鐵路設(shè)計(jì)當(dāng)中一項(xiàng)關(guān)系到全局的總體性工作內(nèi)容，其不僅決定著鐵路運(yùn)輸?shù)哪芰εc建設(shè)投資，還將關(guān)系到列車在運(yùn)行過程當(dāng)中的安全性與旅客乘坐的舒適度以及線路的穩(wěn)定性以及耐久性等。隨著我國鐵路行車速度的不斷提升與軸重不斷加大，機(jī)車車輛和線路之間的相互動(dòng)力作用越加顯著，由此所引發(fā)的動(dòng)力問題也在變得日益突出。所以，有必要在鐵路選線的設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)每一條設(shè)計(jì)線的選擇方案，從動(dòng)力學(xué)的角度進(jìn)行整體的評(píng)價(jià)與優(yōu)化，即進(jìn)行動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)，要盡可能降低輪軌相互間的作用力與提升行車的安全性以及旅客乘坐的舒適度。

1 、動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)的理論和方法

1.1 動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)的原理

動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)，就是將機(jī)車車輛系統(tǒng)與線路系統(tǒng)作為一個(gè)相互作用與相互耦合的整體大系統(tǒng)，運(yùn)用機(jī)車車輛一線路耦合動(dòng)力學(xué)理論，建立車一線耦合動(dòng)力仿真分析平臺(tái)，對(duì)區(qū)段線路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效的模擬運(yùn)行試驗(yàn)，從而來獲得全程線路的車一線整體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來作為評(píng)價(jià)指標(biāo)與優(yōu)化目標(biāo)的作用，以便來對(duì)線路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能上的綜合評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而可以得出機(jī)車車輛系統(tǒng)與線路系統(tǒng)在動(dòng)力學(xué)性能的設(shè)計(jì)上能夠相互適應(yīng)與相互匹配的做好線路的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)前的選線設(shè)計(jì)的方法最大的區(qū)別在于，線路方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)化當(dāng)中，除了要深入考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素外，還要考慮自然運(yùn)輸與環(huán)境等因素外，將線路動(dòng)力學(xué)性能的相關(guān)指標(biāo)來作為方案比選的重要因素，從而來適應(yīng)鐵路重載話與高速化的現(xiàn)代發(fā)展趨勢；線路動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)并非只考慮線路系統(tǒng)當(dāng)中的動(dòng)態(tài)性能，還要深入分析對(duì)機(jī)車車輛系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)作用的影響，這樣不僅分析了機(jī)車車輛系統(tǒng)是不是和線路系統(tǒng)所匹配，還是機(jī)車車輛在線路上的行駛性能的指標(biāo)，如果運(yùn)行平穩(wěn)性和輪軌動(dòng)態(tài)安全性指標(biāo)等，都要依照線路動(dòng)力性能的評(píng)估結(jié)果來改進(jìn)線路設(shè)計(jì)的參數(shù)。

1.2 動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)方法

鐵路線路動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)方法。將線路的最初的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與機(jī)車車輛的數(shù)據(jù)以及運(yùn)營數(shù)據(jù)輸入機(jī)車車輛一線路耦合動(dòng)力學(xué)仿真分析系統(tǒng)當(dāng)中，通過深入模擬的分析，來獲得線路動(dòng)力學(xué)性能的重要指標(biāo)；要依照有關(guān)機(jī)車車輛與線路結(jié)構(gòu)動(dòng)力的性能來評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與方法進(jìn)行綜合的評(píng)估，并且來對(duì)線路設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)；?比較差的動(dòng)力性能指標(biāo)與指標(biāo)影響度大的線路設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)；優(yōu)化有關(guān)的線路設(shè)計(jì)參數(shù)，并且重新進(jìn)行動(dòng)力學(xué)能的分析和評(píng)估工作，知道獲得能夠滿足線路自身動(dòng)力性能的要求還能顧確保機(jī)車車輛在其設(shè)計(jì)的線路當(dāng)中能夠平穩(wěn)運(yùn)行的最好線路設(shè)計(jì)的方案。

2 、區(qū)段線路動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)方法

為了對(duì)區(qū)段線路動(dòng)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)工作，要引入線路動(dòng)力學(xué)性能指數(shù)Z的概念。其是充分考慮了線路沿程當(dāng)中各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的評(píng)定等級(jí)與其對(duì)應(yīng)的長度，以及各動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的權(quán)重的因素，對(duì)線路動(dòng)力學(xué)性能的綜合評(píng)分。Dij是和動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的評(píng)定等級(jí)所相應(yīng)的分值；Wi是動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的權(quán)重值；n是線路沿程的采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，一般情況都是每10米采集一個(gè)點(diǎn)；m是動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的個(gè)數(shù)。線路方案的好壞，是依據(jù)線路動(dòng)力學(xué)性能指數(shù)Z大小的排序來進(jìn)行確定，Z越小，說明線路的動(dòng)力學(xué)性能也就越好。

3 、線路設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的影響度研究

要明確線路動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)線路設(shè)計(jì)書變化的敏感性，可以在線路方案動(dòng)力學(xué)優(yōu)化時(shí)有的放矢，有效提高優(yōu)化的效率，提高線路設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。從理論上講，可以通過敏感性分析，明確線路平面與縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)來對(duì)區(qū)段線路動(dòng)力學(xué)性能的影響程度與敏感性程度。但是由于線路設(shè)計(jì)參數(shù)是十分的復(fù)雜，各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)也并非是獨(dú)立的，因此在實(shí)際當(dāng)中是并不可行。本文結(jié)合某高速鐵路線路，并且深入分析了平面設(shè)計(jì)的參數(shù)與縱斷面設(shè)計(jì)的參數(shù)對(duì)線路動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律，并且結(jié)合了高速鐵路各項(xiàng)設(shè)計(jì)的參數(shù)當(dāng)中的取值范圍，并且通過對(duì)方針結(jié)果的定量定性的對(duì)比分析，從而確定了線路設(shè)計(jì)的參數(shù)變化對(duì)于動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的影響程度，并且還提出了“影響度”的概念來定量表示。定義影響度為：5.影響很大;4.影響較大;3.影響一般;2.影響較小;1.影響很小;0.沒有影響。在線路動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化的設(shè)計(jì)當(dāng)中，要優(yōu)先調(diào)整對(duì)其動(dòng)力學(xué)指標(biāo)影響度大的設(shè)計(jì)參數(shù)。

4 、結(jié)束語

(1)隨著我國鐵路行車速度的不斷提升與軸重加大，在線路設(shè)計(jì)當(dāng)中要足夠重視動(dòng)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)及優(yōu)化。動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)是通過對(duì)區(qū)段線路設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行全程車一線動(dòng)力學(xué)仿真運(yùn)行，從而來提取的全程線路的車一線整體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)與優(yōu)化目標(biāo)，從而來對(duì)線路設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能的綜合評(píng)價(jià)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣將有利于降低輪軌相互作用力與提升行車的安全性以及旅客乘坐的舒適性。并且提出了動(dòng)力學(xué)選線設(shè)計(jì)的方法。

(2)建立了線路動(dòng)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且引入了線路動(dòng)力學(xué)性能指數(shù)Z用于對(duì)線路動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)，還應(yīng)用層次分析法的原理來計(jì)算設(shè)計(jì)線路動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)權(quán)重，而且還建立了各項(xiàng)東路性能指標(biāo)登記的評(píng)語集，能夠科學(xué)合理的額給出登記評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)的分值。

(3)提出了線路設(shè)計(jì)方案動(dòng)力性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，用“影響度”表征線路設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)變化來對(duì)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的影響程度，并且用以指導(dǎo)對(duì)線路設(shè)計(jì)方案動(dòng)力性能的不斷優(yōu)化。在研究線路平縱斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)之上，從而確定了影響度的取值。

[1] 陳曉鷺.淺析鐵路選線設(shè)計(jì)方案的要點(diǎn) [J].江西建材，2006，27(02)：60-65

[2] 李學(xué)峰.關(guān)于鐵路動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)的探究 [J].工程技術(shù)，2009，16(11)：36-37

[3] 邵燕.我國鐵路選線的設(shè)計(jì)方案當(dāng)中的問題與措施 [J].城市建設(shè)理論研究，2008，18(34)：53-54