[發明專利]一種鐵路線路線型動態分析與設計方法

有效

• 申請號: 202010742621.2
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111859580B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 凌亮;胡彥霖;王開云;翟婉明
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 成都為知盾專利代理事務所(特殊普通合伙) 51267
• 代理人: 李漢強

本發明公開了一種鐵路線路線型動態分析與設計方法，該方法是在進行鐵路線路設計時，根據列車與軌道的具體參數，建立列車?軌道三維耦合動力學模型，對列車在線路上運行時，列車與軌道的振動和輪軌的相互作用進行計算。根據計算結果，對鐵路線路的平面曲線參數、豎曲線參數與坡道參數等進行調整優化。采用該方法得到的結果能為鐵路現行設計提供合理的設計方案與科學的技術支持。

技術領域

本發明屬于軌道交通技術領域，具體涉及一種基于車線三維耦合動力學，為鐵路線路線型設計提供合理的設計方案與科學的技術支持的分析與設計方法。

背景技術

隨西成高鐵、貴南高鐵、成貴高鐵等山區高鐵的相繼開通運營，我國高速鐵路網向中西部地區延伸的進程在不斷加快。在崇山峻嶺、峽谷河道等復雜地勢條件的影響下，鐵路線路的線型設計面臨著巨大的挑戰。鐵路線路線型設計關系到鐵路的建設、維護與運營成本，也直接影響到列車運行的平穩性、安全性與乘客的乘坐舒適性。為保證鐵路線路線型設計的合理性，《鐵路線路設計規范》、《新建時速300-350km/h客運專線鐵路設計暫行規定》、《新建時速200～250km客運專線鐵路設計暫行規定》、《新建時速200km客貨共線鐵路設計暫行規定》等文件充分考慮安全余量，對線路線型設計提出了非常嚴格的要求。但很多情況下，鐵路線路線型設計無法同時兼顧建設可行性、成本與安全需要，這一點在山區鐵路的設計上體現得尤為明顯。在考慮建設可行性與建設成本，對規范規定進行突破時，線路設計方案對線路運營與維護帶來的影響便不能忽視，需要對線型設計方案進行科學的評估與優化。此外，現有的運營經驗表明，列車運行經過山區鐵路長大坡道時，經常會出現掉速現象。因為圓曲線超高的存在，速度降低會影響到列車的曲線通過性能，需通過提高牽引功率消除降速或更改圓曲線參數減少降速帶來的影響。

規范提供的線路線型設計參考依據多通過試驗與長期的運營經驗積累得到，因而可以有效指導實踐。隨鐵路網絡向中西部艱險山區不斷延伸，平原丘陵地區的鐵路運營經驗已難以為山區鐵路的線路設計提供全面的參考，正在規劃設計的線路線型方案也難以通過試驗驗證其合理性。傳統的鐵路線路設計方法對線路線型參數的確定一般通過一維方向上的力學計算與現場試驗分析得到，在充分考慮安全余量的前提下為線路設計提供參考。波蘭、瑞典、意大利、俄羅斯等國家利用不同的計算軟件，研究了軌道不平順、軌道超高、鋼軌型面及軌距、軌道結構等對車輛平面曲線通過安全性能的影響，但未能綜合考慮平縱斷面線型和線下結構剛度的影響。這些研究的局限性在于：1.未考慮車輛系統與軌道系統耦合振動對列車運行的影響；2. 在無法進行試驗的情況下，難以為新設計鐵路需要對現有規范進行突破的部分進行有效指導； 3.不能分析列車通過平縱斷面的輪軌動態安全性能與乘車舒適性；4.難以綜合考慮車線匹配情況，分析平縱斷面線形匹配以及前后線形間的影響，容易忽視實際運營過程中可能存在的問題。

發明內容

本發明的目的是為克服上述存在之不足，本發明的發明人通過長期的探索嘗試以及多次的實驗和努力，不斷改革與創新，提出了一種鐵路線路線型動態分析與設計方法，該方法通過構建車輛-軌道三維耦合動力性能分析模型，對鐵路線路設計方案進行科學有效地評估。該方法能準確計算列車在既定設計方案的線路上的運行狀態，同時根據計算結果，對線路方案進行優化設計。是一種優秀的鐵路線路線型動態分析與設計方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種鐵路線路線型動態分析與設計方法，其包括以下操作：

S1，根據鐵路軌道信息與擬投入運營的列車信息，搭建包含列車牽引與制動性能的車輛-軌道耦合動力學模型；

S2，輸入線路線型信息與列車運行初始條件，對列車車體的振動信息與輪軌相互作用進行仿真計算；

S3，根據S2中的仿真計算結果，計算列車的平穩性指標、列車運行安全性指標與軌道結構穩定性；

S4，根據S3中的指標計算結果，評價不同鐵路線路線型設計方案的合理性，合理則擇優選擇，不合理則執行步驟S5；