高速列車過曲線安全性分析

寇麗君

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132200）

1 車輛動力學基本理論

鐵路的發展歷史已經接近200年，現在軌道車輛應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心的核心問題。這就對高速列車的車輛動力學特性設計提出了更嚴格的要求，需要探明一系列影響列車運行安全的關鍵問題，諸如如何有效識別影響車輛舒適度和脫軌問題的動力學參數匹配問題等，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匹配和其他動力學特性參數設置。

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

隨著列車向快速化及高速化方向發展，綜合解決車輛直線運動穩定性和曲線通過性能的方法、途徑和技術措施將會繼續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（設定運行速度≥120km/h）。

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

表1 防止脫軌穩定性的評定標準（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，可以進行計算結果分析。

重復上面過程的過程，設定初始速度V2=250 km/h，仿真時間為48s。計算無誤后，進行計算結果分析。

繼續重復上面的過程，設定初始速度 V3=100 km/h，仿真時間為80s，計算無誤后，可以進行計算結果分析。

4 安全性分析

打開SIMPACK軟件后處理SIMPACK Post9.7，選擇上一節計算得到的結果文件，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Y/Q，分別繪制在不同的Page，根據表1得出當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。