铁路运输高速化的仿真研究

从高速化的发展趋势出发,应用仿真研究方法,以沪宁高速区段为例,对高速列车的牵引、制动和阻力特性进行分析,计算比较了从180 km/h中速列车到500 km/h高速列车的不同旅行速度、运行时分、运能等有关高速列车运用效果的要素,并对不同速度等级高速列车的能耗进行了初步比较,分析了在现有科技水平下铁路干线高速化应选用的合理速度。     

基于超高速真空管道交通系统运行能耗的研究

采用数值模拟的方法对不同参数下真空管道交通(ETT)系统的运行能耗进行了深入分析,结果表明:当管内压力一定时,提高列车运行速度及系统阻塞比,列车牵引力能耗迅速增长,而维持系统真空度的能耗会降低。但随着列车运行速度的提高,ETT系统运行的总能耗先减小后增大,存在最小值,且随着系统阻塞比的增大,促使系统总运行能耗最小的列车运行速度减小;同时,阻塞比增大会降低真空管道系统建设成本降低。与动车组CRH 3总运行能耗相比,当列车运行速度为345km/h时,在标准大气压力环境下的CRH 3动车组总运行能耗相当于ETT系统总运行能耗的5倍左右,因此ETT系统更具有高速低耗的优越性。     

轨道梁在磁浮列车以共振速度通过时动力响应分析

该文研究了高速磁浮列车运行引起的轨道梁动力响应问题。采用模态综合技术建立了梁墩体系模型,推导了高速磁浮列车轨道梁运动方程,运用迭代技术求解了列车轨道梁系统动力学方程,计算分析了高速磁浮列车通过24m简支轨道梁引起的动力响应,结果表明:随着运行速度提高,轨道梁动力响应相应提高,在350km/h左右存在一阶二次谐波共振;当列车运行速度超过400km/h时,轨道梁和列车动力响应将被显着放大,为避免轨道梁出现一阶一次共振现象,在设计上,应使轨道梁的一阶自振频率远高于磁浮列车与轨道梁的特征频率(即设计速度与车长比值)。     

350km/h高速列车不同线路形式处噪声测试分析

为了考察350 km/h高速列车运行状态下不同线路形式处的噪声水平,对已开通运行的京津城际铁路某车站北京端处路基、桥梁、路桥过渡段列车运行时辐射噪声进行测试与分析,得出京津城际铁路不同线路形式处的噪声强度。结果表明,在路基、桥梁、路桥过渡段三种线路形式中,列车通过桥梁段所产生的噪声最小,通过路桥过渡段产生的噪声最大,其研究结果对今后高速铁路降噪设计具有一定的参考价值。     

基于线路的高速列车空调能耗研究

考虑了列车在固定线路上运行时,沿线天气变化对空调机组性能的影响,基于标准日整点天气参数构造沿线天气参数曲线,采用LMS AMESim平台建立高速列车空调能耗计算模型,针对武广线运营的CRH3型高速列车空调运行能耗进行计算,比较不同发车时间列车的空调能耗,以及基于线路方法和传统固定地点计算方法的能耗差异。     

高速列车可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究

针对高速列车运行里程长、运行速度不断提高,线路状况复杂,导致车辆运行性能恶化的情况,开展可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究。采用动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,模拟车辆不同运行工况,进行动力学仿真计算,获得车辆在速度变化、线路恶化和不同曲线运行的相关车辆动力学性能指标,分析抗蛇行减振器阻尼参数变化对车辆运行平稳性和安全性的影响。结果表明:通过调整抗蛇行减振器阻尼值,可使高速列车更好地适用于不同运行工况;高速列车采用可变阻尼式抗蛇行减振器,可以更好地保证车辆运行安全性。     

“国家高速列车产业计量测试中心”获批筹建

正近日,国家市场监管总局正式回函中国中车集团公司,同意依托中车青岛四方机车车辆股份有限公司筹建"国家高速列车产业计量测试中心"。高速列车是指能以高速度持续运行的列车,最高行驶速度一般要达到200 km/h以上。我国高速动车组产品覆盖时速200～250 km、300～350km及以上速度级,已经形成了系列化、谱系化的高速动车组产品平台,高速列车产业已成为支撑     

高速动车组受电弓气动噪声数值仿真分析

随着我国高铁的不断提速,列车运行时所产生的气动噪声占总声压强的比例也越来越大,不仅影响车厢内乘客的乘坐舒适度,还可能对铁路沿线区域周边环境带来噪音污染。为此建立高速动车组"受电弓-绝缘子"仿真模型,求解列车不同运行速度下受电弓表面噪声频谱特性,分析受电弓周围空间环境的噪声分布情况。分析得出:当列车以300 km/h时速运行时,受电弓产生的气动噪声在列车周边25 m外最大声压级为99.3 d B。以上结论为抑制列车气动噪声提供了理论依据。     

案例三：大尺寸真空管梁漏率检测技术开创中国高铁发展新局面

<正>1案例概况1.1背景摘要随着人们对于交通出行的快捷性、便利性提出了越来越高的要求，发展高速、环保、高效的地面超高速交通对于未来社会交通十分必要。限制地面高速交通最高经济速度的根本因素是稠密大气，列车在运行时会受到强大的空气阻力，气动阻力与列车运行速度的平方成正比，当列车行驶的速度超过400 km/h时，所受的空气阻力占列车阻力的比例将达到80%以上。     

基于联络通道缓解高速列车在长大隧道的压力波波动

为了减缓高速列车通过隧道引起的压力波动对列车运行的影响,基于列车空气动力学研究了高速列车通过带有联络通道的隧道时的压力波特性。建立了3节编组高速列车数值仿真计算模型,基于三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车通过联络通道隧道的气动特性,主要考虑设置联络通道后,联络通道面积、列车运行速度和不同通道间距对隧道压力波动的影响。研究结果表明:列车通过设有联络通道的隧道相比于无联络通道隧道的气动特性得到明显改善;通道对初始压力上升与下降抑制效果更加明显,对膨胀波的抑制更为突出;列车运行速度越高,通道面积越大,压力波回落越明显;联络通道的设置使压力波波形呈现局部锯齿状。提出了列车通过隧道时压力峰值的快速计算公式。     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

V型减载式声屏障降噪特性的试验研究

V型减载式声屏障可减小高速列车气动载荷对声屏障及其基础安装结构的动力作用,但其透气结构降低了单元板件的隔声量,通过现场试验,客观地评价和分析其降噪效果对其工程应用具有重要的意义。采用ISO3095标准,基于现场测试,对比分析了高速列车以250km/h~360km/h通过状态下,安装V型或传统直立型声屏障的降噪效果。结果表明：随着列车运行速度的增加,V型减载式声屏障和传统直立型声屏障的插入损失均有较明显的下降,但V型插入损失的下降相对缓慢,在250km/h时其插入损失为13.6dBA,而360km/h时为10.2dBA,降幅为3.4dBA。对3.95m高的V型减载式声屏障与直立声屏障,当速度小于350 km/h时,直立声屏障的降噪效果更好,插入损失要大0.1~2.4 dBA;当速度大于350 km/h时,V型减载式声屏障的降噪效果更好,插入损失要大0.3 dBA。当V型减载式声屏障与直立声屏障的高度由2.95m增大到3.95m时,V型减载式声屏障的降噪效果提高的更明显,在360km/h时插入损失要大3.5 dBA。     

秦沈客运专线车路系统动力响应数值分析

结合秦沈客运专线基床路基实际状况，利用车路耦合动力分析模型，对高速列车荷载作用下车路系统动力响应进行仿真分析。计算列车速度为200km/h和300km/h时不同基床表层厚度下的车辆、轨道及基床路基主要动力性能指标，并与测试结果进行对比分析。测试结果验证了计算模型的可靠性。根据计算结果分析列车速度与基床表层厚度对车路系统动力响应的影响规律，对秦沈线基床表层设计提出建议。     

V型减载式声屏障降噪特性的试验研究

V型减载式声屏障可减小高速列车气动载荷对声屏障的动力作用,但其透气结构降低了单元板件的隔声量,通过现场试验客观评价和分析其降噪效果具有重要工程意义。采用ISO3095标准,基于现场测试,对比分析了高速列车以车速为250 km/h～360 km/h通过状态下V型减载式或传统直立型声屏障的降噪效果。结果表明:随着列车运行速度的增加,V型减载式和传统直立型声屏障的插入损失均有较明显下降,但V型插入损失的下降相对缓慢。换言之,V型减载式声屏障与直立型声屏障的插入损失差异随列车通过速度的增加逐渐减小,并在350 km/h时两者相当,之后V减载式声屏障降噪效果将更佳。V型减载式声屏障在车速为250 km/h时插入损失为13.6 dB(A),比直立式的要小2.4 dB(A),而在车速为360 km/h时为10.2 dB(A),比直立式的要大0.3 dB(A)。声屏障降噪效果会随其高度的增加而增加,由2.95 m增大到3.95 m时,V型减载式声屏障降噪效果提高更明显,在车速为360 km/h时插入损失要大3.5 dB(A)。     

中国标准动车组齿轮箱箱体动态特性分析研究

通过线路试验获取了中国标准动车组齿轮箱箱体振动加速度时间历程。结合车载GPS信号,分析了列车运行速度、轨道结构条件、通过道岔等典型工况下齿轮箱箱体的振动响应及变化规律。采用核密度估计函数分析箱体振动加速度的分布特点,并依据3σ准则给出了不同出现概率下箱体振动加速度的最大幅值。研究结果表明:随着列车运行速度的增大,箱体振动强度呈现增大趋势;列车由有砟轨道进入无砟轨道时,齿轮箱箱体横向、垂向振动加速度有效值分别增大了28%,29%;列车通过道岔时,齿轮箱箱体振动加速度幅值及有效值均有较大的波动。采用核密度估计的加速度概率分布与实测数据更为吻合,350km/h列车运行速度下,出现概率为99.73%时箱体横向、垂向振动加速度幅值分别为10.69g,8.78g。该研究获得的齿轮箱箱体动态特性为高速列车齿轮箱箱体的开发和运用提供参考。     

地震作用下铁路斜拉桥动力响应及行车安全性研究

为研究高速铁路斜拉桥在地震作用下的车-桥耦合动力响应及列车走行性能,以新建杭长客专铁路长沙段（112 m+80 m+32 m）槽型截面独塔斜拉桥为研究对象,利用车-线-桥耦合动力学分析软件TRBF-DYNA建立了考虑地震作用的列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力分析模型。采用等效荷载法计算轨道-桥梁子系统的地震响应,通过考虑拟静力位移分量,将钢轨相对地震响应转化为绝对坐标系下动力响应,最终通过空间轮轨滚动接触模型将地震作用传递至车辆子系统。对比分析了不同列车运行速度和不同地震强度条件下桥梁、列车动力响应的变化规律,评估了列车行车安全性能。结果表明:地震对列车运行安全性有显著影响,根据我国规范可判断列车在7度、8度、9度多遇地震下的安全行车速度阈值分别为200 km/h、180 km/h和140 km/h;根据轮轨接触评判准则,在80 km/h~240 km/h的行车速度范围内,在7度、8度和9度多遇地震下轮轨相对位移仍在安全范围内。     

桥梁风屏障的气动效应及其对高速列车运行安全的影响分析

基于风-车-桥系统动力分析模型,分析了风屏障对车桥系统气动效应及桥上高速行驶车辆运行安全性的影响。以新建兰新铁路百里风区跨度16 m简支槽形梁为工程背景,通过风洞试验测试了有、无风屏障时车辆、桥梁的三分力系数,然后对强侧风作用下车辆通过桥梁时的动力响应进行了数值模拟,综合分析得到了保证列车在桥上运行安全的风速-车速阈值曲线。结果表明,对未设置风屏障的桥梁,当风速超过15 m/s即应限速行驶;而设置风屏障后,桥上车辆的运行安全性指标得到了极大地改善,即使风速达到40 m/s,列车仍可以260 km/h的速度安全运行。     

高速列车“通过噪声”的测试分析

为了评估高速列车运行时对轨道周围环境的噪声污染程度,对高速列车以不同速度工况通过时的车外辐射噪声(称为"通过噪声")进行了测试,得到了以最大A声级和1/3倍频程A声级标志的列车通过噪声的测量数据。分析了通过噪声的频谱特性、及其与列车速度的关系。测试数据表明高速列车通过噪声是宽频噪声,最大A声级在标准规定测试点上的值达到约90 dB,对铁路附近的噪声污染比较大;通过噪声随着列车速度增大而增大,在时速370 km以上增幅变大。     

高速列车乘坐舒适度评价的概率密度演化方法

利用平稳随机过程的谱表示-随机函数方法,结合轨道不平顺的功率谱密度,模拟生成轨道高低不平顺的代表性样本集合,实现用一个基本随机变量表达轨道不平顺随机过程的目的。以轨道高低不平顺为外部随机激励,建立了车辆-轨道耦合随机动力系统的概率密度演化分析方法,获得高速列车在轨道高低不平顺随机激励下的车体竖向加速度的丰富概率信息。同时,根据旅客乘坐舒适度的UIC513评价标准,对于有砟轨道和无砟轨道线路,分别计算得到高速列车在200 km/h、250 km/h和300 km/h三种速度下的旅客乘坐舒适度。结果表明,轨道不平顺模拟的谱表示-随机函数方法与概率密度演化理论具有一致性,两者结合可为车辆-轨道耦合系统的随机动力响应提供高效精确分析方法,实现旅客乘坐舒适度的精细化计算,进而为高速列车乘坐舒适度评价提供了新途径。     

“国家高速列车产业计量测试中心”获批筹建

正近日,市场监管总局正式回函中国中车集团公司,同意依托中车青岛四方机车车辆股份有限公司筹建"国家高速列车产业计量测试中心"。高速列车是指能以高速度持续运行的列车,最高行驶速度一般要达到200km/h以上。我国高速动车组产品覆盖时速(200~250)公里、(300~350)公里及以上速度级,已经形成了系列化、谱系化的高速动车组产品平台,高速列车产业已成为支撑国家