铁路大提速下的弯道设计

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1、摘要问题一中，从弯道转弯半径，外侧轨道超高，转弯处轨道宽度变化，弯道末端与直道之间的缓冲过渡，相邻弯道之间的夹直线长度与钢轨自身的强度等几个方面进行分析，将弯道设计与安全运行联系起来。问题二中，从四个方面对弯道的性质进行描述：①弯道弧顶②缓冲轨道③夹直线④转弯处轨道加宽。分别建立了弯道弧顶模型，缓冲轨道模型与夹直线模型。弯道弧顶模型：通过力学分析，把通过弯道的速度v，轨道超高h，曲率半径R联系起来：，并通过计算平均速度。缓冲轨道模型：在本模型中，通过对外轨超高h与轨道中轴线曲率半径R的描述来确定缓冲轨道。根据对缓冲轨道目的的研究，决定采用三角曲线来近似外轨超高h，使火车在

2、直道与缓冲轨道、缓冲轨道与弯道弧顶时刻的值为零。从而可以得到：h与R=（与为弯道弧顶的超高与曲率半径，为缓冲轨道长度）夹直线模型：夹直线是为了衰减火车驶离弯道时的振动。模型认为火车的振动表现为垂直铁轨的横向速度，衰减是因为车轮与车轨的横向非弹性碰撞。经计算，衰减时间为，因此夹直线的长度为问题三中，根据对于弯道性质参数（驾乘人员感受到的外侧离心加速度）的限定，通过建立的模型，提出弯道限速方程：，（R是该弯道的最小曲率半径，是通过加权平均算得的平均速度）该方程以“货车通过”原则来求解。所谓的“货车通过原则”为：在铁路行驶中，货车比客车慢。一个弯道必然要使各种车辆的速度都落在区

3、间内，因此要使：（是货车速度）；在模型的具体实施中，采用=50km/h来处理。通过上面的限速方程，分别对I、II、III级铁路的不同路况进行了分类，并通过区间上限来推断该段铁路继续提速是否可行。关键字货车通过原则克里奥利力外轨超高20铁路大提速下的弯道设计一、问题重述时代在进步，铁路要提速！我国铁路已经从十年前的最高时速60公里/小时至80公里/小时提高到160公里/小时至200公里/小时。然而在提高速度的同时，相关的硬件设施要进行适当的调整，从而确保列车的安全运行。铁路弯道的设计是保证列车高速安全运行的关键问题之一。一般认为影响列车在弯道上运行的因素主要有:1.弯道的弯

4、曲程度；2.倾斜度（即内地外高的倾斜度）；3.列车的行驶速度；4.列车的重量。表1.1所示，影响列车运行四要素的约束条件。表1.1影响列车运行的四要素轨道弯曲程度倾斜度列车速度列车重量曲率半径〉=350米客车160~200km/h客车自重15~17吨载重10吨货车60~80km/h货车自重22吨载重60吨中国大地幅员辽落，地形复杂多变，因此，铁路平面设计的标准很难统一规定，可以在指定的范围内因地制宜适当采用。即Ⅰ、Ⅱ及铁路的标准可以较高，三级铁路较低。具体情况如表1.2所示：表1.2要研究的问题是：(1)　请你分析研究与弯道设计和列车安全运行有关的因素之间的关系。(2)　

5、如果客货车的重量一定，按我国铁路目前的这种客货列车混合运行的模式，要保证货车时速在60~80公里/小时，客车时速在160~200公里/小时运行，则应该如何来设计弯道（即弯曲度和倾斜度如何），才能保证列车的安全运行？(3)按照你的设计方案，对列车的最低允许速度、最高允许速度和相应的可靠性，以及进一步提速的可行性进行讨论。20铁路大提速下的弯道设计二、模型的假设与假设的说明1.火车行驶在平坦的区域：为简化模型，利于分析，本报告中均假设货车行驶在平坦的地方，不考虑货车爬坡转弯，下坡转弯的特殊情况。2.钢轨为刚性无限长梁：一条铁路的长度是用千米来描述的，而压力使钢轨产生的横向形变

6、是以毫米来描述的。这两者之间的数量级差6位左右，完全可以忽略钢轨的形变。并且忽略钢轨之间的空隙。因此可以将铁轨看成是刚性的无限长梁。3.火车匀速过弯：一列火车的长度为几千米，而弯道的长度不过几百米，因此在过弯时，火车必然有一大部分仍然在直道中，保持着某个恒定的速度。考虑到火车的长短必然不会放生变化，因此列车上的各点切向速度应该是一致的。所以假设货车是在匀速过弯的。4.车厢同侧车轮最大距离远小于曲率半径车厢同侧车轮最大距离不超过20m，而曲率半径通常在千米的数量级，最小也有350m，所以假设成立。5.在夹直线上不计火车与轨道的横向摩擦由于火车车轮与车轨都非常光滑，且接触面积

7、很小，所以摩擦作用比较细微，相对于车轮横向运动与车轨非弹性碰撞的影响可以忽略不计。三、符号说明：乘客在车厢内感受到的离心加速度b：车厢重心距离铁轨的高度：弯道弧顶上的外轨超高h：缓冲轨道上的外轨超高：直道上的两轨距离s：弯道上某点的两轨距离θ：轨道平面与水平面的夹角D：车厢长度：弯道弧顶的曲率半径R：缓冲轨道上的曲率半径：某弯道的平均通过速率（经过加权平均计算）：某缓冲轨道的入弯速度：货车速度：客车速度20铁路大提速下的弯道设计:缓冲轨道的长度l:某点与缓冲轨道入口处的轨道长度四、模型求解问题一：分析研究弯道设计和列车安全运行