线形参数对不同频段车辆振动响应的影响及其评价

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1、线形参数对不同频段车辆振动响应的影响及其评价1绪论1.1研究背景及意义近半个世纪以来，运营速度200kni/h以上的高速铁路建设在日本、法国、德国等世界上多个国家取得了成功，快捷、方便、舒适的高速铁路不仅支持了这些国家的社会经济发展，而且丰富了铁路的内涵。中国高速铁路在不断挑战速度极限的同时，铁路网建设也在全面展开。未来几年，中国高铁建设将进入全面收获期。按照国家2008年最新修订的《中长期铁路网规划》和当前的建设进度，到2020年，全国铁路营业里程将达到12万公里以上，复线率和电气化率分别为50%和

2、60%以上，主要繁忙干线将会完全实现客货分线，基本形成布局合理，结构清晰，功能衔接顺畅铁的路网络，主要技术设备达到或接近国际水平，运输能力满足经济和社会发展的的需求⑴。高速铁路有着传统铁路和其他运输方式所无法比拟的优点：速度快、运量大、全天候、安全可靠、能耗低、污染轻、占地少、舒适以及效益高。这些优势不仅带来了传统铁路产业的振兴，还带动了其它相关产业的复兴，推动着整个社会的发展。高速铁路的发展更是对常规铁路的突破和挑战，其运行速度大幅提高的同时，对运行舒适性、平稳性也有更高的要求。这些要求依靠铁路系统

3、各方面的高品质与高可靠性，而线路的设计参数更是高速铁路设计中的重要一个环节，尤其是平、纵曲线地段的参数设计，线路参数的优劣对旅客舒适度和行车安全性有重要影响。针对高速铁路的旅客舒适度设计原则，速度的提升和乘客体验要求的提高都对其提出了更高的要求。一方面，高速列车的振动衰减周期较长，振动的叠加可能对舒适性的影响加重，在通过一些线形较差地段时尤为明显，传统的线路线形设计对列车振动晌应的影响方面有所欠缺，在车辆构造和线路结构等因素对行车的影响方面没有涉及，随着车线动力学理论的发展，利用动力学软件及理论来优化

4、线路平纵断面参数，并根据动力学指标来评定旅客舒适度是高速铁路发展的现实需求[2]；另一方面，针对高速列车的舒适性评价，我国目前在高速铁路采用的仍是1941年提出的Sperling平稳性指标[3]，与国际上比较先进的现行标准有一定的不一致性。因此，有必要在考虑车线动力学的基础上，深入研究振动响应评价新方法的基本原理，从新的振动评价角度去分析线路参数，推动高速铁路线路设计理论的更深度发展。..1.2研究现状随着高速铁路运营速度的不断提高，列车与线路之间的动力作用不断增强。有关京津城际高速列车的试验分析结果

5、指出，线路状况对高速列车的平稳性有着一定影响[6]。高速列车在通过某些线形较差地段时激发的振动响应会明显降低乘坐舒适性，因此，从提高振动舒适性的角度入手来研究高速行车条件下线路设计参数的合理选取以及线路线形优化已成为高速铁路发展遇到的重要课题。如下将分析高速铁路线路设计参数的舒适性评价的研究现状与进展，总结己取得的研究成果，指出尚需进一步完善的问题。在我国早期的铁路建设中，线路平纵断面参数研究一般采用传统的行驶动力学线路设计研究方法[7]，该方法将列车假定为一质点或刚体，进行受力分析，忽略了车辆构造、

6、线路结构及车辆与线路之间动力相互作用的影响。在行驶动力学研究中，舒适度的评价方法多采用绝对参数指标欠超高和未被平衡的离心加速度等[8]，具体研究成果有：俞展猷[8]利用车体振动加速度、车体在圆曲线上的未均衡离心加速度、未均衡离心加速度在缓和曲线上的变化率以及侧滚角速度对广深线准高速旅客列车的舒适度进行了评价，并对各国高速铁路的运行舒适度进行了对比，提出了基于人体感受的舒适度评价指标的发展前景；白宝英[9]对缓和曲线与舒适度的关系进行了探讨，对欠超高的取值和计算值的取整提出了建议。他同时对高速铁路线路纵

7、断面设计标准进行研究，指出线路纵断面设计标准的选择影响着线路的舒适度水平；胡建平等[11]从理论上对我国300~350km/h客运专线竖曲线与平曲线重叠地段在规范中规定的参数对行车舒适度的影响进行分析，得出行车舒适度在凸形竖曲线与平曲线重叠设置地段会受到较大的影响，随速度差的增大，其影响程度会显著的变大，而随平曲线和竖曲线半径的增大则会发生减少。..2车线动力学模型及振动响应评价方法2.1车线动力学分析模型传统的线路线形分析方法在分析高速铁路旅客乘坐舒适性时，完全忽略了线路结构、车辆构造以及车辆与线路

8、相互作用的影响，并且不能考虑前后线形参数的相互影响，未能准确反映线路线形对乘坐舒适度和行车安全性的影响。车辆-线路动力学将车辆和线路结构看作一个整体，考虑的是整体中各个动力学部件的动力效应，并且在建立系统动力学方程的基础上，求解出各个部件的运动方程。为了较为客观地反映各种线性参数变化所造成的车辆振动量变化情况，本节利用SMPACK仿真平台建立了车轨耦合多体动力学模型，并参照实测数据验证了模型的正确性。2.2IS02631振动评价体系及程序开发旅客舒适度作